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孙优贤 著

图书标签:

• 自动控制原理
• 控制理论
• 教材
• 学习辅导
• 2018
• 大学教材
• 工程教育
• 自动化
• 经典控制
• 控制系统

店铺： 义博图书专营店

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122297143

商品编码：20598600328

2018 自动控制原理学习辅导+教材

978-7-122-29714-3     9787122116079

自动控制原理学习辅导 知识精粹 习题详解 考研真题 

作者：

 

 

 

孙优贤 主编 王慧 副主编 

 

 

 

定价：

 

 

 

49.00 

 

 

 

ISBN：

 

 

 

978-7-122-29714-3 

 

 

 

关键字：

 

 

 

自动控制原理;学习辅导;习题解答;考研真题;考点归纳; 

 

 

 

重量：

 

 

 

461克 

 

 

 

出版社：

 

 

 

化学工业出版社

 

 

 

开本：

 

 

 

16 

 

 

 

装帧：

 

 

 

平 

 

 

 

出版时间：

 

 

 

2017年11月 

 

 

 

版次：

 

 

 

1 

 

 

 

页码：

 

 

 

293 

 

 

 

印次：

 

 

 

1 

 

 

 

 

 

 

 

王慧，浙江大学控制系，教授，从1991年起，面向浙江大学自动化专业的大四学生，开设“计算机控制系统”或“计算机控制系统及软件”课程，执教近二十年，主讲约500多学时；此外，在1999－2003年对浙江大学控制系的研究生主讲过“先进控制技术”课程，授课时间约50学时。从1997年开始至今，对浙江大学自动化专业的大三学生，开设“自动控制理论”课程，授课学时约达800多学时。从2002年开始，面向浙江大学电类大二学生主讲“信号与系统”，授课学时约150。平均每年指导浙江大学控制系4名大学本科毕业生的毕业论文工作。 

 

长期从事复杂系统的建模、控制、仿真和优化的研究和产业化工作，研究兴趣包括工业对象和智能交通系统。作为项目负责人承担的国家项目有：“八五”、“九五”攻关项目子专题与专题各1项，863项目子课题1项，省自然科学基金1项。作为项目主要研究人员参与863项目3项，973项目1项，国家自然科学基金4项，高校博士学科点专项科研基金1项。近年来在国内外学术刊物和国际会议上发表论文一百余篇。

 

 

 

 

 

 

 

1概述1 

 

1.1本章基本要求1 

 

1.2本章知识点与重要公式1 

 

1.2.1一些重要的概念1 

 

1.2.2控制系统的基本结构形式2 

 

1.2.3控制系统的分类2 

 

1.2.4控制系统的组成与方块图2 

 

1.2.5小结2 

 

1.3典型例题精选3 

 

1.4习题一7 

 

1.5自测题一10 

 

 

 

2连续时间控制系统的数学模型12 

 

2.1本章基本要求12 

 

2.2本章知识点与重要公式12 

 

2.2.1动态系统的微分方程模型12 

 

2.2.2基于泰勒级数展开的非线性系统线性化方法14 

 

2.2.3相似系统14 

 

2.2.4动态系统的状态空间模型15 

 

2.2.5动态系统的传递函数模型16 

 

2.2.6系统方块图16 

 

2.2.7信号流图与梅逊公式17 

 

2.2.8微分方程、传递函数与状态空间模型之间的相互转换19 

 

2.2.9状态变换和状态变换中的特征值的不变性22 

 

2.2.10小结22 

 

2.3典型例题精选23 

 

2.4习题二49 

 

2.5自测题二56 

 

 

 

3线性系统的时域分析法60 

 

3.1本章基本要求60 

 

3.2本章知识点精粹与重要公式60 

 

3.2.1典型输入60 

 

3.2.2微分方程的拉氏变换求解61 

 

3.2.3控制系统的时域性能指标62 

 

3.2.4一阶系统时域分析63 

 

3.2.5二阶系统时域分析64 

 

3.2.6高阶系统时域分析65 

 

3.2.7常规控制器及其对系统的影响66 

 

3.2.8状态方程的求解与分析66 

 

3.2.9被控对象的实验建模67 

 

3.2.10时域分析方法小结68 

 

3.3典型例题精选69 

 

3.4习题三78 

 

3.5自测题三82 

 

 

 

4连续时间控制系统的稳定性与稳态误差86 

 

4.1本章基本要求86 

 

4.2本章知识点与重要公式86 

 

4.2.1稳定性86 

 

4.2.2劳斯判据86 

 

4.2.3稳态误差88 

 

4.2.4反馈控制系统的“型”89 

 

4.2.5稳态误差系数89 

 

4.2.6等效单位负反馈系统90 

 

4.2.7系统稳定性分析小结90 

 

4.3典型例题精选91 

 

4.4习题四98 

 

4.5自测题四100 

 

 

 

5根轨迹分析法102 

 

5.1本章基本要求102 

 

5.2本章知识点与重要公式102 

 

5.2.1基本概念102 

 

5.2.2绘制根轨迹的基本法则103 

 

5.2.3广义根轨迹106 

 

5.2.4基于根轨迹的系统性能分析107 

 

5.2.5基于根轨迹的补偿器设计108 

 

5.2.6根轨迹方法小结108 

 

5.3典型例题精选109 

 

5.4习题五130 

 

5.5自测题五133 

 

 

 

6频率特性分析法136 

 

6.1本章基本要求136 

 

6.2本章知识点与重要公式136 

 

6.2.1频率特性的定义136 

 

6.2.2频率特性的图示法136 

 

6.2.3由对数频率特性曲线确定系统传递函数原则139 

 

6.2.4奈奎斯特(Nyquist)稳定性判据140 

 

6.2.5频域指标与时域指标的关系141 

 

6.2.6频率特性分析方法小结142 

 

6.3典型例题精选143 

 

6.4习题六155 

 

6.5自测题159 

 

 

 

7线性离散时间控制系统分析与综合162 

 

7.1本章基本要求162 

 

7.2本章知识点与重要公式162 

 

7.2.1采样过程与采样定理162 

 

7.2.2Z变换基础162 

 

7.2.3线性离散系统的数学描述及求解164 

 

7.2.4离散系统的分析与设计167 

 

7.2.5数字控制系统简介170 

 

7.2.6离散控制系统小结170 

 

7.3典型例题精选171 

 

7.4习题七182 

 

7.5自测题187 

 

 

 

8线性定常系统的状态空间分析法190 

 

8.1本章基本要求190 

 

8.2本章知识点与重要公式190 

 

8.2.1能控性及其判别190 

 

8.2.2能观性及其判别191 

 

8.2.3对偶系统及对偶原理192 

 

8.2.4状态空间模型的几种规范型192 

 

8.2.5线性定常系统的结构分解193 

 

8.2.6状态空间描述与传递函数描述的关系195 

 

8.2.7状态反馈控制195 

 

8.2.8状态观测器196 

 

8.2.9分离原理197 

 

8.2.10优控制基础197 

 

8.2.11线性定常系统状态空间分析方法小结198 

 

8.3典型例题精选198 

 

8.4习题八216 

 

8.5自测题220 

 

 

 

9非线性系统分析222 

 

9.1本章基本要求222 

 

9.2本章知识点与重要公式222 

 

9.2.1相平面分析方法222 

 

9.2.2描述函数分析方法223 

 

9.2.3李雅普诺夫(Lyapunov)分析方法225 

 

9.2.4本章小结226 

 

9.3典型例题精选227 

 

9.4习题九237 

 

9.5自测题239 

 

 

 

附录240 

 

附录1《自动控制原理》部分习题参考答案240 

 

附录2各章自测题部分参考答案257 

 

附录3浙江大学控制科学与工程学院近年硕士研究生入学试题263 

 

附录4浙江大学控制科学与工程学院近年硕士研究生入学试题部分参考答

 

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自动控制原理

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《工业自动化控制系统设计与实践》 内容概述 本书旨在为读者提供一套全面、深入且贴合实际需求的工业自动化控制系统设计与实践指南。在当今工业4.0和智能制造的大背景下，高效、稳定、可靠的自动化控制系统是企业提升生产效率、降低运营成本、保障产品质量的关键。本书紧密围绕这一核心需求，从理论基础到工程应用，系统地阐述了工业自动化控制系统的设计原理、关键技术、实施流程以及发展趋势。 本书内容涵盖了工业自动化控制系统的四大核心组成部分：传感器技术、执行机构、控制器（PLC、DCS等）以及上位监控系统（SCADA、HMI等），并深入探讨了它们各自的工作原理、选型依据、接口规范以及在实际应用中的注意事项。同时，本书还将重点介绍各种主流的通信协议（如Modbus、Profinet、EtherNet/IP等）在工业自动化系统中的应用，以及如何构建稳定高效的工业网络。 章节详情 第一章 工业自动化控制系统概述 本章将为读者构建对工业自动化控制系统的整体认知框架。首先，我们将回顾自动化控制技术的发展历程，从最初的机电一体化到如今的智能化、网络化控制，帮助读者理解当前技术格局的形成原因。接着，我们将详细阐述工业自动化控制系统的基本构成要素，包括现场仪表（传感器与执行器）、控制器（PLC、DCS、PC-based控制）、上位监控系统（SCADA、HMI），以及它们之间的相互关系和协同工作模式。然后，我们会探讨工业自动化控制系统在不同行业的典型应用案例，例如制造业（汽车、电子、食品）、能源（电力、石油化工）、环保（水处理、固废处理）、交通（轨道交通、智能仓储）等，让读者直观感受自动化技术的强大力量。最后，本章将简要介绍工业自动化控制系统的发展趋势，如工业物联网（IIoT）、边缘计算、人工智能在控制领域的应用，为后续内容的深入学习奠定基础。 第二章 传感器技术在工业自动化中的应用 传感器作为工业自动化系统的“眼睛”和“触角”，其性能直接影响到整个系统的精度和可靠性。本章将深入剖析各类常用的工业传感器。我们将详细介绍温度传感器（热电偶、热电阻、红外测温）、压力传感器（应变片式、电容式、压阻式）、液位传感器（浮球式、超声波式、雷达式）、流量传感器（涡街、电磁、质量流量）、位置传感器（编码器、接近开关、光电开关）以及气体传感器（红外、电化学）等的工作原理、技术特点、选型要点和安装注意事项。此外，本章还将涵盖传感器的信号处理技术，包括信号放大、滤波、线性化以及数字化等，并介绍常见的传感器接口标准（如4-20mA、HART、Foundation Fieldbus）。 第三章 执行机构及其控制 执行机构是自动化控制系统的“手”和“脚”，负责将控制器的指令转化为实际的物理动作。本章将重点介绍各类工业执行机构。我们将详细讲解电机（直流电机、交流电机、步进电机、伺服电机）及其驱动技术，包括变频器、伺服驱动器的原理和应用。同时，还将深入介绍气动执行机构（气缸、气动马达、气动阀门）、液压执行机构（液压缸、液压马达、液压阀门）的工作原理、优缺点以及适用场景。在阀门控制方面，我们将详细阐述开关阀（球阀、蝶阀、闸阀）和调节阀（直通调节阀、角式调节阀、三通调节阀）的结构、流量特性、选型依据以及执行机构的匹配。本章还会涉及一些特种执行机构，如电磁铁、继电器等。 第四章 可编程逻辑控制器（PLC）系统设计与编程 PLC作为工业自动化控制领域应用最广泛的控制器之一，本章将对其进行系统性的讲解。我们将从PLC的基本构成（CPU、内存、输入/输出模块、电源模块）入手，介绍其工作原理和特点。在硬件选型方面，我们将指导读者如何根据控制规模、I/O点数、功能需求、环境条件等因素选择合适的PLC系列和型号。编程是PLC应用的核心，本章将重点介绍IEC 61131-3国际标准定义的几种主流编程语言，包括梯形图（LD）、指令表（IL）、功能块图（FB）、结构化文本（ST）和顺序功能图（SFC），并结合大量实际工程案例，演示如何运用这些语言进行逻辑控制、顺序控制、定时/计数控制、模拟量控制以及PID控制器的实现。此外，本章还将涵盖PLC的通信配置、调试方法、故障诊断与排除，以及如何进行程序备份与恢复。 第五章 分布式控制系统（DCS）及其应用 DCS系统以其高集成度、高可靠性和良好的扩展性，在大型流程工业中发挥着重要作用。本章将深入介绍DCS系统的架构、核心功能以及设计要点。我们将解析DCS的控制站、操作站、工程师站、历史服务器、报警服务器等主要组成部分的功能。在功能设计方面，本章将重点讲解DCS在回路控制、顺序控制、批次控制、报警管理、操作员监控、数据记录与报表生成等方面的实现方式。我们将讨论DCS的冗余配置策略，以确保系统的持续运行和高可用性。此外，本章还将介绍DCS与MES（制造执行系统）、ERP（企业资源计划）等上层系统的集成，以及DCS在石化、电力、制药等行业的典型应用案例。 第六章 组态监控与数据采集（SCADA/HMI）系统 SCADA/HMI系统是实现人机交互、生产过程监控和数据可视化的关键。本章将全面介绍SCADA/HMI系统的设计与实现。我们将讲解SCADA/HMI系统的基本概念、功能模块，包括数据采集、数据显示、报表生成、报警管理、趋势显示、历史数据查询等。在软件选型方面，我们将介绍市面上主流的SCADA/HMI软件平台的特点和应用领域。本章将重点演示如何使用这些软件进行界面设计（画面布局、控件放置、动画设置）、数据点组态（与PLC、DCS等控制器的数据通信）、报警配置（报警级别、报警组、报警消息）以及报表模板的创建。同时，本章还将探讨SCADA/HMI系统的网络架构、安全性考虑以及与移动终端的集成。 第七章 工业通信协议与网络 可靠高效的工业通信是构建自动化系统的基石。本章将详细介绍各类工业通信协议和网络技术。我们将从传统的串行通信协议（如RS-232、RS-485）讲起，逐步深入到现场总线技术（如PROFIBUS、CANopen、DeviceNet）和工业以太网技术（如Profinet、EtherNet/IP、EtherCAT）。对于每种协议，我们将阐述其通信原理、帧结构、拓扑结构、适用范围和优缺点。本章还将介绍工业现场的布线要求、连接器类型以及网络诊断工具。我们将重点讲解如何根据应用需求选择合适的通信协议和网络拓扑，以及如何进行网络配置和故障排除。 第八章 工业自动化系统集成与项目实施 成功的自动化系统项目需要严谨的流程和周密的计划。本章将指导读者完成从项目启动到系统验收的全过程。我们将详细阐述工业自动化项目的设计流程，包括需求分析、方案设计、硬件选型、软件组态、系统集成、现场调试、人员培训和系统验收等环节。我们将强调在项目实施过程中，工程文档（如设计说明书、接线图、电气图、程序清单、操作手册）的重要性，以及如何规范地编制和管理这些文档。本章还将探讨项目管理中的关键要素，如风险评估、质量控制、进度管理以及成本控制。 第九章 工业自动化系统的维护与故障诊断 系统的稳定运行离不开完善的维护和高效的故障诊断。本章将为读者提供实用的维护策略和故障排除技巧。我们将介绍工业自动化系统的日常维护检查项目，包括设备外观检查、参数监测、定期清洁和部件更换等。在故障诊断方面，我们将系统性地分析不同类型故障（如传感器故障、执行器故障、控制器故障、通信故障、软件故障）的可能原因，并提供一套逻辑化的诊断方法，结合PLC的诊断功能、SCADA/HMI的报警信息、仪表的自诊断信息等，帮助读者快速定位问题。本章还将介绍一些常用的故障诊断工具和技术，如示波器、万用表、网络分析仪等。 第十章 工业自动化控制系统的发展趋势与挑战 本章将着眼于未来，展望工业自动化控制系统的发展方向。我们将深入探讨工业物联网（IIoT）如何改变传统控制模式，例如传感器数据的云端采集与分析、远程监控与预测性维护。人工智能（AI）和机器学习（ML）在智能控制、自适应控制、故障诊断等方面的应用前景也将被详细阐述。此外，本书还将讨论信息物理系统（CPS）、数字孪生（Digital Twin）等新兴技术在工业自动化领域的潜在影响。最后，本章还将分析工业自动化技术发展过程中面临的挑战，如数据安全与隐私、标准统一、人才培养以及技术迭代等，为读者提供前瞻性的思考。 本书特色 理论与实践相结合： 本书不仅深入讲解了工业自动化控制的理论基础，更注重将理论知识应用于实际工程。 案例丰富： 全书穿插了大量的典型工程案例，涵盖了不同行业和不同规模的自动化项目，帮助读者理解抽象概念。 技术前沿： 紧密跟踪工业自动化领域的最新技术发展，如工业物联网、人工智能等。 语言通俗易懂： 采用清晰、简洁的语言，避免使用过于晦涩的专业术语，确保广大读者能够理解。 实用性强： 旨在为读者提供一套可操作的设计、实施和维护指南，帮助读者解决实际工程问题。 目标读者 本书适合以下读者群体： 高等院校自动化、电气工程、机械工程等相关专业的本科生、研究生。 从事工业自动化控制系统设计、开发、调试、维护的工程师。 希望系统学习工业自动化控制技术的技术人员和项目管理人员。 对工业自动化感兴趣的行业从业者。 通过阅读本书，读者将能够系统地掌握工业自动化控制系统的设计原理、关键技术和工程实践方法，为在工业自动化领域的发展打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在备战研究生考试的考生，自动控制原理是我必须攻克的难关之一。之前接触过一些参考书，但总觉得不够系统，或者讲解不够深入。当我翻开这本《2018自动控制原理学习辅导+教材》时，我立刻被它的深度和广度所吸引。它不仅仅是对教材内容的复述，更是对知识点进行了提炼和升华，对于一些核心概念，这本书提供了非常深入的分析，甚至涉及到一些前沿的研究方向，这对于我准备考研复试和未来深入学习非常重要。而且，这本书对于数学工具的应用讲解得非常到位，比如拉普拉斯变换、傅里叶变换在自动控制中的实际运用，以及如何利用这些工具进行系统分析和设计，都进行了详尽的阐述，这让我深刻体会到了数学与工程的完美结合。我特别喜欢书中关于系统辨识和状态空间方法的章节，这些内容在很多高级课程中都会涉及，而这本书的讲解让我能够提前做好准备，建立起扎实的知识体系。对于考研党来说，这本书绝对是不可多得的宝藏，它能够帮助你建立起一个完整的、高屋建瓴的知识框架。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对工程科学充满好奇心的学生，虽然我的专业并非直接与自动控制相关，但我一直对“智能”和“系统”的运作原理着迷。这本《2018自动控制原理学习辅导+教材》为我打开了一个全新的世界。我发现，原来我们身边无处不在的自动化系统，背后都有着如此精妙的理论支撑。这本书没有把我吓倒，而是用一种非常友好的方式，向我展示了控制理论的魅力。我喜欢它对基本概念的解释，比如“反馈”是如何让系统变得更稳定的，以及“闭环”和“开环”的区别，这些都让我觉得非常有趣。书中的一些理论推导，虽然涉及到一定的数学，但作者的讲解非常细致，即使是没有深厚数学背景的我，也能大致理解其逻辑。我尤其对书中关于系统响应特性的讨论很感兴趣，比如如何通过调整参数来控制系统的速度和精度，这让我联想到很多日常生活中可以改进的例子。这本书让我看到了工程思维的严谨和创造性，激发了我进一步探索更复杂系统的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我本来对自动控制原理这个科目不太感冒，觉得它离我的专业应用好像有点远，但因为课程要求，我不得不硬着头皮去学。偶然间我看到了这本《2018自动控制原理学习辅导+教材》，抱着试一试的心态买了下来，结果真是让我大吃一惊！这本书的语言风格非常幽默风趣，一点都不像一本枯燥的教科书。作者就像一个经验丰富的朋友，耐心地给我讲解那些我之前觉得头疼的概念，比如稳定性、根轨迹、频率响应这些，他总能找到一些生活中的例子来类比，让我一下子就豁然开朗。而且，书中的图示也非常形象，很多复杂的数学模型通过图示就变得一目了然，我之前脑子里那些模模糊糊的概念，现在都变得清晰起来。最让我开心的是，这本书还提供了一些小练习，让我边学边练，而不是等到学完一章才去做一大堆题，这种及时反馈让我感觉学习效率特别高，也很有成就感。我现在觉得，自动控制原理其实挺有趣的，完全颠覆了我之前的看法！

评分☆☆☆☆☆

天啊，这本《2018自动控制原理学习辅导+教材》简直是为我量身定做的！我是一名大二学生，今年暑假计划着要把自动控制原理这门课彻底攻克，之前看教材总是觉得理论性太强，理解起来有点吃力，遇到一些概念性的东西，更是云里雾里。但自从我拿到这本书，感觉整个世界都亮堂了！它不仅把枯燥的理论知识用非常生动形象的比喻解释清楚了，还穿插了大量的例题，而且这些例题的难度跨度很大，从基础的入门题到稍微有些挑战性的综合题都有，特别是那些讲解解题思路的步骤，简直是太清晰了，我跟着一步步做，感觉自己真的掌握了精髓。最让我惊喜的是，书中还提供了一些课后习题的详细解析，有些题目甚至有多种解法，这让我能够从不同的角度去理解问题，也锻炼了我举一反三的能力。我发现，这本书的编排非常合理，就像一个循序渐进的学习路径，让我一步步地打牢基础，然后逐步深入，一点都不觉得疲惫，反而充满了成就感。我强烈推荐给所有正在学习自动控制原理的同学，绝对是你的学习利器！

评分☆☆☆☆☆

作为一名在自动化领域工作的工程师，我一直在寻找能够帮助我巩固和深化理论知识的资料。这本《2018自动控制原理学习辅导+教材》在我的职业生涯中起到了非常关键的作用。它不仅仅是学生学习的辅导书，更是一本值得工程师深入研读的参考手册。书中的内容涵盖了从经典控制理论到现代控制理论的方方面面，对于PID控制器的整定、系统故障诊断、以及模型预测控制等实际应用技术，都有非常深入的讲解和案例分析。我特别欣赏书中对不同控制策略的比较和优劣分析，这让我能够根据实际工程需求，选择最合适的控制方案。而且，这本书对于信号与系统、线性代数等先修课程的数学基础要求也进行了清晰的说明，并提供了必要的复习要点，这对于我这种多年未接触基础理论的工程师来说，非常有帮助。我经常在解决实际工程问题时，翻阅这本书，它总能提供给我新的思路和灵感，帮助我突破技术瓶颈。