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孫優賢 著

圖書標籤:

• 自動控製原理
• 控製理論
• 教材
• 學習輔導
• 2018
• 大學教材
• 工程教育
• 自動化
• 經典控製
• 控製係統

店鋪： 義博圖書專營店

齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122297143

商品編碼：20598600328

2018 自動控製原理學習輔導+教材

978-7-122-29714-3     9787122116079

自動控製原理學習輔導 知識精粹 習題詳解 考研真題 

作者：

 

 

 

孫優賢 主編 王慧 副主編 

 

 

 

定價：

 

 

 

49.00 

 

 

 

ISBN：

 

 

 

978-7-122-29714-3 

 

 

 

關鍵字：

 

 

 

自動控製原理;學習輔導;習題解答;考研真題;考點歸納; 

 

 

 

重量：

 

 

 

461剋 

 

 

 

齣版社：

 

 

 

化學工業齣版社

 

 

 

開本：

 

 

 

16 

 

 

 

裝幀：

 

 

 

平 

 

 

 

齣版時間：

 

 

 

2017年11月 

 

 

 

版次：

 

 

 

1 

 

 

 

頁碼：

 

 

 

293 

 

 

 

印次：

 

 

 

1 

 

 

 

 

 

 

 

王慧，浙江大學控製係，教授，從1991年起，麵嚮浙江大學自動化專業的大四學生，開設“計算機控製係統”或“計算機控製係統及軟件”課程，執教近二十年，主講約500多學時；此外，在1999－2003年對浙江大學控製係的研究生主講過“先進控製技術”課程，授課時間約50學時。從1997年開始至今，對浙江大學自動化專業的大三學生，開設“自動控製理論”課程，授課學時約達800多學時。從2002年開始，麵嚮浙江大學電類大二學生主講“信號與係統”，授課學時約150。平均每年指導浙江大學控製係4名大學本科畢業生的畢業論文工作。 

 

長期從事復雜係統的建模、控製、仿真和優化的研究和産業化工作，研究興趣包括工業對象和智能交通係統。作為項目負責人承擔的國傢項目有：“八五”、“九五”攻關項目子專題與專題各1項，863項目子課題1項，省自然科學基金1項。作為項目主要研究人員參與863項目3項，973項目1項，國傢自然科學基金4項，高校博士學科點專項科研基金1項。近年來在國內外學術刊物和國際會議上發錶論文一百餘篇。

 

 

 

 

 

 

 

1概述1 

 

1.1本章基本要求1 

 

1.2本章知識點與重要公式1 

 

1.2.1一些重要的概念1 

 

1.2.2控製係統的基本結構形式2 

 

1.2.3控製係統的分類2 

 

1.2.4控製係統的組成與方塊圖2 

 

1.2.5小結2 

 

1.3典型例題精選3 

 

1.4習題一7 

 

1.5自測題一10 

 

 

 

2連續時間控製係統的數學模型12 

 

2.1本章基本要求12 

 

2.2本章知識點與重要公式12 

 

2.2.1動態係統的微分方程模型12 

 

2.2.2基於泰勒級數展開的非綫性係統綫性化方法14 

 

2.2.3相似係統14 

 

2.2.4動態係統的狀態空間模型15 

 

2.2.5動態係統的傳遞函數模型16 

 

2.2.6係統方塊圖16 

 

2.2.7信號流圖與梅遜公式17 

 

2.2.8微分方程、傳遞函數與狀態空間模型之間的相互轉換19 

 

2.2.9狀態變換和狀態變換中的特徵值的不變性22 

 

2.2.10小結22 

 

2.3典型例題精選23 

 

2.4習題二49 

 

2.5自測題二56 

 

 

 

3綫性係統的時域分析法60 

 

3.1本章基本要求60 

 

3.2本章知識點精粹與重要公式60 

 

3.2.1典型輸入60 

 

3.2.2微分方程的拉氏變換求解61 

 

3.2.3控製係統的時域性能指標62 

 

3.2.4一階係統時域分析63 

 

3.2.5二階係統時域分析64 

 

3.2.6高階係統時域分析65 

 

3.2.7常規控製器及其對係統的影響66 

 

3.2.8狀態方程的求解與分析66 

 

3.2.9被控對象的實驗建模67 

 

3.2.10時域分析方法小結68 

 

3.3典型例題精選69 

 

3.4習題三78 

 

3.5自測題三82 

 

 

 

4連續時間控製係統的穩定性與穩態誤差86 

 

4.1本章基本要求86 

 

4.2本章知識點與重要公式86 

 

4.2.1穩定性86 

 

4.2.2勞斯判據86 

 

4.2.3穩態誤差88 

 

4.2.4反饋控製係統的“型”89 

 

4.2.5穩態誤差係數89 

 

4.2.6等效單位負反饋係統90 

 

4.2.7係統穩定性分析小結90 

 

4.3典型例題精選91 

 

4.4習題四98 

 

4.5自測題四100 

 

 

 

5根軌跡分析法102 

 

5.1本章基本要求102 

 

5.2本章知識點與重要公式102 

 

5.2.1基本概念102 

 

5.2.2繪製根軌跡的基本法則103 

 

5.2.3廣義根軌跡106 

 

5.2.4基於根軌跡的係統性能分析107 

 

5.2.5基於根軌跡的補償器設計108 

 

5.2.6根軌跡方法小結108 

 

5.3典型例題精選109 

 

5.4習題五130 

 

5.5自測題五133 

 

 

 

6頻率特性分析法136 

 

6.1本章基本要求136 

 

6.2本章知識點與重要公式136 

 

6.2.1頻率特性的定義136 

 

6.2.2頻率特性的圖示法136 

 

6.2.3由對數頻率特性麯綫確定係統傳遞函數原則139 

 

6.2.4奈奎斯特(Nyquist)穩定性判據140 

 

6.2.5頻域指標與時域指標的關係141 

 

6.2.6頻率特性分析方法小結142 

 

6.3典型例題精選143 

 

6.4習題六155 

 

6.5自測題159 

 

 

 

7綫性離散時間控製係統分析與綜閤162 

 

7.1本章基本要求162 

 

7.2本章知識點與重要公式162 

 

7.2.1采樣過程與采樣定理162 

 

7.2.2Z變換基礎162 

 

7.2.3綫性離散係統的數學描述及求解164 

 

7.2.4離散係統的分析與設計167 

 

7.2.5數字控製係統簡介170 

 

7.2.6離散控製係統小結170 

 

7.3典型例題精選171 

 

7.4習題七182 

 

7.5自測題187 

 

 

 

8綫性定常係統的狀態空間分析法190 

 

8.1本章基本要求190 

 

8.2本章知識點與重要公式190 

 

8.2.1能控性及其判彆190 

 

8.2.2能觀性及其判彆191 

 

8.2.3對偶係統及對偶原理192 

 

8.2.4狀態空間模型的幾種規範型192 

 

8.2.5綫性定常係統的結構分解193 

 

8.2.6狀態空間描述與傳遞函數描述的關係195 

 

8.2.7狀態反饋控製195 

 

8.2.8狀態觀測器196 

 

8.2.9分離原理197 

 

8.2.10優控製基礎197 

 

8.2.11綫性定常係統狀態空間分析方法小結198 

 

8.3典型例題精選198 

 

8.4習題八216 

 

8.5自測題220 

 

 

 

9非綫性係統分析222 

 

9.1本章基本要求222 

 

9.2本章知識點與重要公式222 

 

9.2.1相平麵分析方法222 

 

9.2.2描述函數分析方法223 

 

9.2.3李雅普諾夫(Lyapunov)分析方法225 

 

9.2.4本章小結226 

 

9.3典型例題精選227 

 

9.4習題九237 

 

9.5自測題239 

 

 

 

附錄240 

 

附錄1《自動控製原理》部分習題參考答案240 

 

附錄2各章自測題部分參考答案257 

 

附錄3浙江大學控製科學與工程學院近年碩士研究生入學試題263 

 

附錄4浙江大學控製科學與工程學院近年碩士研究生入學試題部分參考答

 

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自動控製原理

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《工業自動化控製係統設計與實踐》 內容概述 本書旨在為讀者提供一套全麵、深入且貼閤實際需求的工業自動化控製係統設計與實踐指南。在當今工業4.0和智能製造的大背景下，高效、穩定、可靠的自動化控製係統是企業提升生産效率、降低運營成本、保障産品質量的關鍵。本書緊密圍繞這一核心需求，從理論基礎到工程應用，係統地闡述瞭工業自動化控製係統的設計原理、關鍵技術、實施流程以及發展趨勢。 本書內容涵蓋瞭工業自動化控製係統的四大核心組成部分：傳感器技術、執行機構、控製器（PLC、DCS等）以及上位監控係統（SCADA、HMI等），並深入探討瞭它們各自的工作原理、選型依據、接口規範以及在實際應用中的注意事項。同時，本書還將重點介紹各種主流的通信協議（如Modbus、Profinet、EtherNet/IP等）在工業自動化係統中的應用，以及如何構建穩定高效的工業網絡。 章節詳情 第一章 工業自動化控製係統概述 本章將為讀者構建對工業自動化控製係統的整體認知框架。首先，我們將迴顧自動化控製技術的發展曆程，從最初的機電一體化到如今的智能化、網絡化控製，幫助讀者理解當前技術格局的形成原因。接著，我們將詳細闡述工業自動化控製係統的基本構成要素，包括現場儀錶（傳感器與執行器）、控製器（PLC、DCS、PC-based控製）、上位監控係統（SCADA、HMI），以及它們之間的相互關係和協同工作模式。然後，我們會探討工業自動化控製係統在不同行業的典型應用案例，例如製造業（汽車、電子、食品）、能源（電力、石油化工）、環保（水處理、固廢處理）、交通（軌道交通、智能倉儲）等，讓讀者直觀感受自動化技術的強大力量。最後，本章將簡要介紹工業自動化控製係統的發展趨勢，如工業物聯網（IIoT）、邊緣計算、人工智能在控製領域的應用，為後續內容的深入學習奠定基礎。 第二章 傳感器技術在工業自動化中的應用 傳感器作為工業自動化係統的“眼睛”和“觸角”，其性能直接影響到整個係統的精度和可靠性。本章將深入剖析各類常用的工業傳感器。我們將詳細介紹溫度傳感器（熱電偶、熱電阻、紅外測溫）、壓力傳感器（應變片式、電容式、壓阻式）、液位傳感器（浮球式、超聲波式、雷達式）、流量傳感器（渦街、電磁、質量流量）、位置傳感器（編碼器、接近開關、光電開關）以及氣體傳感器（紅外、電化學）等的工作原理、技術特點、選型要點和安裝注意事項。此外，本章還將涵蓋傳感器的信號處理技術，包括信號放大、濾波、綫性化以及數字化等，並介紹常見的傳感器接口標準（如4-20mA、HART、Foundation Fieldbus）。 第三章 執行機構及其控製 執行機構是自動化控製係統的“手”和“腳”，負責將控製器的指令轉化為實際的物理動作。本章將重點介紹各類工業執行機構。我們將詳細講解電機（直流電機、交流電機、步進電機、伺服電機）及其驅動技術，包括變頻器、伺服驅動器的原理和應用。同時，還將深入介紹氣動執行機構（氣缸、氣動馬達、氣動閥門）、液壓執行機構（液壓缸、液壓馬達、液壓閥門）的工作原理、優缺點以及適用場景。在閥門控製方麵，我們將詳細闡述開關閥（球閥、蝶閥、閘閥）和調節閥（直通調節閥、角式調節閥、三通調節閥）的結構、流量特性、選型依據以及執行機構的匹配。本章還會涉及一些特種執行機構，如電磁鐵、繼電器等。 第四章 可編程邏輯控製器（PLC）係統設計與編程 PLC作為工業自動化控製領域應用最廣泛的控製器之一，本章將對其進行係統性的講解。我們將從PLC的基本構成（CPU、內存、輸入/輸齣模塊、電源模塊）入手，介紹其工作原理和特點。在硬件選型方麵，我們將指導讀者如何根據控製規模、I/O點數、功能需求、環境條件等因素選擇閤適的PLC係列和型號。編程是PLC應用的核心，本章將重點介紹IEC 61131-3國際標準定義的幾種主流編程語言，包括梯形圖（LD）、指令錶（IL）、功能塊圖（FB）、結構化文本（ST）和順序功能圖（SFC），並結閤大量實際工程案例，演示如何運用這些語言進行邏輯控製、順序控製、定時/計數控製、模擬量控製以及PID控製器的實現。此外，本章還將涵蓋PLC的通信配置、調試方法、故障診斷與排除，以及如何進行程序備份與恢復。 第五章 分布式控製係統（DCS）及其應用 DCS係統以其高集成度、高可靠性和良好的擴展性，在大型流程工業中發揮著重要作用。本章將深入介紹DCS係統的架構、核心功能以及設計要點。我們將解析DCS的控製站、操作站、工程師站、曆史服務器、報警服務器等主要組成部分的功能。在功能設計方麵，本章將重點講解DCS在迴路控製、順序控製、批次控製、報警管理、操作員監控、數據記錄與報錶生成等方麵的實現方式。我們將討論DCS的冗餘配置策略，以確保係統的持續運行和高可用性。此外，本章還將介紹DCS與MES（製造執行係統）、ERP（企業資源計劃）等上層係統的集成，以及DCS在石化、電力、製藥等行業的典型應用案例。 第六章 組態監控與數據采集（SCADA/HMI）係統 SCADA/HMI係統是實現人機交互、生産過程監控和數據可視化的關鍵。本章將全麵介紹SCADA/HMI係統的設計與實現。我們將講解SCADA/HMI係統的基本概念、功能模塊，包括數據采集、數據顯示、報錶生成、報警管理、趨勢顯示、曆史數據查詢等。在軟件選型方麵，我們將介紹市麵上主流的SCADA/HMI軟件平颱的特點和應用領域。本章將重點演示如何使用這些軟件進行界麵設計（畫麵布局、控件放置、動畫設置）、數據點組態（與PLC、DCS等控製器的數據通信）、報警配置（報警級彆、報警組、報警消息）以及報錶模闆的創建。同時，本章還將探討SCADA/HMI係統的網絡架構、安全性考慮以及與移動終端的集成。 第七章 工業通信協議與網絡 可靠高效的工業通信是構建自動化係統的基石。本章將詳細介紹各類工業通信協議和網絡技術。我們將從傳統的串行通信協議（如RS-232、RS-485）講起，逐步深入到現場總綫技術（如PROFIBUS、CANopen、DeviceNet）和工業以太網技術（如Profinet、EtherNet/IP、EtherCAT）。對於每種協議，我們將闡述其通信原理、幀結構、拓撲結構、適用範圍和優缺點。本章還將介紹工業現場的布綫要求、連接器類型以及網絡診斷工具。我們將重點講解如何根據應用需求選擇閤適的通信協議和網絡拓撲，以及如何進行網絡配置和故障排除。 第八章 工業自動化係統集成與項目實施 成功的自動化係統項目需要嚴謹的流程和周密的計劃。本章將指導讀者完成從項目啓動到係統驗收的全過程。我們將詳細闡述工業自動化項目的設計流程，包括需求分析、方案設計、硬件選型、軟件組態、係統集成、現場調試、人員培訓和係統驗收等環節。我們將強調在項目實施過程中，工程文檔（如設計說明書、接綫圖、電氣圖、程序清單、操作手冊）的重要性，以及如何規範地編製和管理這些文檔。本章還將探討項目管理中的關鍵要素，如風險評估、質量控製、進度管理以及成本控製。 第九章 工業自動化係統的維護與故障診斷 係統的穩定運行離不開完善的維護和高效的故障診斷。本章將為讀者提供實用的維護策略和故障排除技巧。我們將介紹工業自動化係統的日常維護檢查項目，包括設備外觀檢查、參數監測、定期清潔和部件更換等。在故障診斷方麵，我們將係統性地分析不同類型故障（如傳感器故障、執行器故障、控製器故障、通信故障、軟件故障）的可能原因，並提供一套邏輯化的診斷方法，結閤PLC的診斷功能、SCADA/HMI的報警信息、儀錶的自診斷信息等，幫助讀者快速定位問題。本章還將介紹一些常用的故障診斷工具和技術，如示波器、萬用錶、網絡分析儀等。 第十章 工業自動化控製係統的發展趨勢與挑戰 本章將著眼於未來，展望工業自動化控製係統的發展方嚮。我們將深入探討工業物聯網（IIoT）如何改變傳統控製模式，例如傳感器數據的雲端采集與分析、遠程監控與預測性維護。人工智能（AI）和機器學習（ML）在智能控製、自適應控製、故障診斷等方麵的應用前景也將被詳細闡述。此外，本書還將討論信息物理係統（CPS）、數字孿生（Digital Twin）等新興技術在工業自動化領域的潛在影響。最後，本章還將分析工業自動化技術發展過程中麵臨的挑戰，如數據安全與隱私、標準統一、人纔培養以及技術迭代等，為讀者提供前瞻性的思考。 本書特色 理論與實踐相結閤： 本書不僅深入講解瞭工業自動化控製的理論基礎，更注重將理論知識應用於實際工程。 案例豐富： 全書穿插瞭大量的典型工程案例，涵蓋瞭不同行業和不同規模的自動化項目，幫助讀者理解抽象概念。 技術前沿： 緊密跟蹤工業自動化領域的最新技術發展，如工業物聯網、人工智能等。 語言通俗易懂： 采用清晰、簡潔的語言，避免使用過於晦澀的專業術語，確保廣大讀者能夠理解。 實用性強： 旨在為讀者提供一套可操作的設計、實施和維護指南，幫助讀者解決實際工程問題。 目標讀者 本書適閤以下讀者群體： 高等院校自動化、電氣工程、機械工程等相關專業的本科生、研究生。 從事工業自動化控製係統設計、開發、調試、維護的工程師。 希望係統學習工業自動化控製技術的技術人員和項目管理人員。 對工業自動化感興趣的行業從業者。 通過閱讀本書，讀者將能夠係統地掌握工業自動化控製係統的設計原理、關鍵技術和工程實踐方法，為在工業自動化領域的發展打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

天啊，這本《2018自動控製原理學習輔導+教材》簡直是為我量身定做的！我是一名大二學生，今年暑假計劃著要把自動控製原理這門課徹底攻剋，之前看教材總是覺得理論性太強，理解起來有點吃力，遇到一些概念性的東西，更是雲裏霧裏。但自從我拿到這本書，感覺整個世界都亮堂瞭！它不僅把枯燥的理論知識用非常生動形象的比喻解釋清楚瞭，還穿插瞭大量的例題，而且這些例題的難度跨度很大，從基礎的入門題到稍微有些挑戰性的綜閤題都有，特彆是那些講解解題思路的步驟，簡直是太清晰瞭，我跟著一步步做，感覺自己真的掌握瞭精髓。最讓我驚喜的是，書中還提供瞭一些課後習題的詳細解析，有些題目甚至有多種解法，這讓我能夠從不同的角度去理解問題，也鍛煉瞭我舉一反三的能力。我發現，這本書的編排非常閤理，就像一個循序漸進的學習路徑，讓我一步步地打牢基礎，然後逐步深入，一點都不覺得疲憊，反而充滿瞭成就感。我強烈推薦給所有正在學習自動控製原理的同學，絕對是你的學習利器！

評分☆☆☆☆☆

我是一名正在備戰研究生考試的考生，自動控製原理是我必須攻剋的難關之一。之前接觸過一些參考書，但總覺得不夠係統，或者講解不夠深入。當我翻開這本《2018自動控製原理學習輔導+教材》時，我立刻被它的深度和廣度所吸引。它不僅僅是對教材內容的復述，更是對知識點進行瞭提煉和升華，對於一些核心概念，這本書提供瞭非常深入的分析，甚至涉及到一些前沿的研究方嚮，這對於我準備考研復試和未來深入學習非常重要。而且，這本書對於數學工具的應用講解得非常到位，比如拉普拉斯變換、傅裏葉變換在自動控製中的實際運用，以及如何利用這些工具進行係統分析和設計，都進行瞭詳盡的闡述，這讓我深刻體會到瞭數學與工程的完美結閤。我特彆喜歡書中關於係統辨識和狀態空間方法的章節，這些內容在很多高級課程中都會涉及，而這本書的講解讓我能夠提前做好準備，建立起紮實的知識體係。對於考研黨來說，這本書絕對是不可多得的寶藏，它能夠幫助你建立起一個完整的、高屋建瓴的知識框架。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在自動化領域工作的工程師，我一直在尋找能夠幫助我鞏固和深化理論知識的資料。這本《2018自動控製原理學習輔導+教材》在我的職業生涯中起到瞭非常關鍵的作用。它不僅僅是學生學習的輔導書，更是一本值得工程師深入研讀的參考手冊。書中的內容涵蓋瞭從經典控製理論到現代控製理論的方方麵麵，對於PID控製器的整定、係統故障診斷、以及模型預測控製等實際應用技術，都有非常深入的講解和案例分析。我特彆欣賞書中對不同控製策略的比較和優劣分析，這讓我能夠根據實際工程需求，選擇最閤適的控製方案。而且，這本書對於信號與係統、綫性代數等先修課程的數學基礎要求也進行瞭清晰的說明，並提供瞭必要的復習要點，這對於我這種多年未接觸基礎理論的工程師來說，非常有幫助。我經常在解決實際工程問題時，翻閱這本書，它總能提供給我新的思路和靈感，幫助我突破技術瓶頸。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我本來對自動控製原理這個科目不太感冒，覺得它離我的專業應用好像有點遠，但因為課程要求，我不得不硬著頭皮去學。偶然間我看到瞭這本《2018自動控製原理學習輔導+教材》，抱著試一試的心態買瞭下來，結果真是讓我大吃一驚！這本書的語言風格非常幽默風趣，一點都不像一本枯燥的教科書。作者就像一個經驗豐富的朋友，耐心地給我講解那些我之前覺得頭疼的概念，比如穩定性、根軌跡、頻率響應這些，他總能找到一些生活中的例子來類比，讓我一下子就豁然開朗。而且，書中的圖示也非常形象，很多復雜的數學模型通過圖示就變得一目瞭然，我之前腦子裏那些模模糊糊的概念，現在都變得清晰起來。最讓我開心的是，這本書還提供瞭一些小練習，讓我邊學邊練，而不是等到學完一章纔去做一大堆題，這種及時反饋讓我感覺學習效率特彆高，也很有成就感。我現在覺得，自動控製原理其實挺有趣的，完全顛覆瞭我之前的看法！

評分☆☆☆☆☆

我是一名對工程科學充滿好奇心的學生，雖然我的專業並非直接與自動控製相關，但我一直對“智能”和“係統”的運作原理著迷。這本《2018自動控製原理學習輔導+教材》為我打開瞭一個全新的世界。我發現，原來我們身邊無處不在的自動化係統，背後都有著如此精妙的理論支撐。這本書沒有把我嚇倒，而是用一種非常友好的方式，嚮我展示瞭控製理論的魅力。我喜歡它對基本概念的解釋，比如“反饋”是如何讓係統變得更穩定的，以及“閉環”和“開環”的區彆，這些都讓我覺得非常有趣。書中的一些理論推導，雖然涉及到一定的數學，但作者的講解非常細緻，即使是沒有深厚數學背景的我，也能大緻理解其邏輯。我尤其對書中關於係統響應特性的討論很感興趣，比如如何通過調整參數來控製係統的速度和精度，這讓我聯想到很多日常生活中可以改進的例子。這本書讓我看到瞭工程思維的嚴謹和創造性，激發瞭我進一步探索更復雜係統的興趣。