自动控制原理及应用 廉振芳 等 9787564065010 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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廉振芳 等 著

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出版社： 北京理工大学出版社

ISBN：9787564065010

商品编码：29573350262

包装：平装

出版时间：2012-08-01

基本信息

书名：自动控制原理及应用

定价：46.00元

作者：廉振芳 等

出版社：北京理工大学出版社

出版日期：2012-08-01

ISBN：9787564065010

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.341kg

编辑推荐

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廉振芳等编著的《自动控制原理及应用》重点介绍了自动控制原理的经典控制理论部分，内容包括：自动控制系统的基本概念，自动控制系统的数学模型，自动控制系统的时域分析法，控制系统的频域分析法，自动控制系统的校正和自动控制原理的应用等。本书可作为高职高专自动控制相关专业的教材。

内容提要

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目录

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章 绪论 1.1 自动控制理论概述 1.2 自动控制系统的基本概念 1.2.1 自动控制系统的基本原理和基本概念 1.2.2 自动控制系统的控制方式 1.2.3 自动控制系统的组成 1.2.4 自动控制系统举例 1.3 自动控制系统的分类 1.3.1 按输入信号变化的规律分类 1.3.2 按系统传输信号对时间的关系分类 1.3.3 按系统的输出量和输入量间的关系分类 l.3.4 按系统中的参数对时间的变化情况分类 1.4 对自动控制系统的基本要求 1.5 自动控制系统实例分析 本章小结与练习第2章 拉普拉斯变换及其应用 2.1 拉普拉斯变换的概念 2.1.1 定义 2.1.2 常见函数的拉氏变换 2.2 常用的性质和定理 2.2.1 线性性质 2.2.2 微分定理 2.2.3 积分定理 2.2.4 位移性质(也称复位移性质) 2.2.5 延迟定理(也称实位移性质) 2.2.6 初值定理 2.2.7 终值定理 2.3 拉氏反变换 本章小结与练习第3章 控制系统的数学模型 3.1 控制系统的微分方程 3.1.1 电路系统 3.1.2 线性定常微分方程的求解 3.2 传递函数 3.2.1 传递函数的基本概念 3.2.2 传递函数的定义 3.2.3 传递函数的性质 3.2.4 传递函数的求法 3.3 典型环节的数学模型及其动态响应 3.3.1 比例环节 3.3.2 积分环节 3.3.3 微分环节 3.3.4 惯性环节 3.3.5 振荡环节 3.3.6 延迟环节 3.4 控制系统的动态结构图 3.4.1 动态结构图 3.4.2 动态结构图的绘制 3.4.3 动态结构图的等效变换和化简 3.4.4 信号流图与梅逊公式 3.5 自动控制系统的传递函数 3.5.1 闭环控制系统的开环传递函数 3.5.2 给定输入信号R(s)作用下的闭环传递函数 3.5.3 扰动信号Ⅳ(s)作用下的闭环传递函数 3.5.4 闭环系统的误差传递函数 本章小结与练习 任务训练1 任务训练2第4章 时域分析法 4.1 典型输入信号及性能指标 4.1.1 典型输入信号 4.1.2 典型初始状态 4.1.3 典型时间响应 4.1.4 系统性能指标的定义 4.2 一阶系统分析 4.2.1 一阶系统的数学模型 4.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 4.2.3 一阶系统的单位阶跃响应的性能指标 4.3 二阶系统分析 4.3.1 二阶系统的数学模型 4.3.2 二阶系统的特征根及性质 4.3.3 二阶系统的单位阶跃响应 4.4 系统稳定性分析 4.4.1 稳定的基本概念 4.4.2 稳定的数学条件 4.4.3 劳斯判据 4.5 系统稳态误差分析 4.5.1 误差与稳态误差 4.5.2 稳态误差计算 4.5.3 系统型别 4.5.4 典型输入信号r(t)作用下的稳态误差与静态误差系数 4.5.5 干扰n(t)作用下的稳态误差 本章小结与练习 任务训练3 任务训练4第5章 控制系统的频域分析法 5.1 系统频率特性的基本概念 5.1.1 基本概念 5.1.2 频率特性的性质 5.1.3 频率特性的图形表示方法 5.2 典型环节的频率特性 5.3 系统开环对数频率特性曲线的绘制 5.3.1 系统开环对数频率特性及绘制步骤 5.3.2 系统开环对数频率特性绘制举例 5.4 系统稳定性的频域分析 5.4.1 奈奎斯特稳定判据 5.4.2 对数频率稳定判据 5.4.3 稳定裕量 5.4.4 动态性能的频域分析 5.4.5 典型系统频域分析 本章小结与练习 任务训练5第6章 根轨迹法 6.1 根轨迹与根轨迹方程 6.1.1 根轨i亦的基本概念 6.1.2 根轨迹方程 6.2 绘制根轨迹的基本法则 6.2.1 根轨迹的个数 6.2.2 根轨迹的对称性 6.2.3 根轨迹的起点和终点 6.2.4 实轴上的根轨迹 6.2.5 根轨迹的渐近线 6.2.6 起始角与终止角 6.2.7 分离点 6.2.8 分离角与会合角 6.2.9 虚轴交点 6.2.10 根之和 6.3 控制系统的根轨迹分析法 6.3.1 闭环零、极点与阶跃响应的定 6.3.2 利用主导极点估算系统性能指标 6.3.3 根轨迹的改造对系统的影响 6.3.4 根轨迹法系统动态特性中的应用 本章小结与练习第7章 自动控制系统的校正 7.1 系统校正概述 7.1.1 系统校正的基本概念 7.1.2 系统校正的方式 7.1.3 常用校正装置 7.1.4 系统指标的确定 7.2 串联校正 7.2.1 比例(P)校正 7.2.2 比例一微分(PD)校正 7.2.3 比例一积分(PI)校正 7.2.4 比例一积分一微分(PID)校正 7.3 反馈校正 7.3.1 反馈校正的原理 7.3.2 反馈校正的分类与应用 7.4 复合校正 7.4.1 按输入补偿的复合校正 7.4.2 按扰动补偿的复合校正 7.5 自动控制系统的一般设计方法 7.5.1 自动控制系统设计的基本步骤 7.5.2 系统固有部分开环频率特性的确定 7.5.3 系统预期开环对数频率特性的确定 本章小结与练习第8章 直流调速系统 8.1 单闭环转速负反馈晶闸管直流调速系统 8.1.1 系统的组成 8.1.2 系统的框图 8.1.3 系统的自动调节过程 8.1.4 系统的性能分析 8.2 转速电流双闭环直流调速系统 8.2.1 双闭环直流调速系统的组成 8.2.2 系统动态结构图 8.2.3 双闭环直流调速系统的工作原理和自动调节过程 8.2.4 系统性能分析 8.2.5 系统的稳定性分析 8.2.6 双闭环直流调速系统的优点 8.2.7 给定积分器的应用 8.3 任务训练——转速电流双闭环直流调速系统设计实例 本章小结与练习 任务训练6参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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探索系统运行的奥秘：从原理到实践的智慧之光 在浩瀚的知识海洋中，有一门学科以其严谨的逻辑、强大的分析能力和广泛的应用前景，深刻地影响着我们现代科技的发展和生活的方方面面。它便是“自动控制原理”。这门学科，如同赋予机器智慧的魔杖，让我们能够设计、实现并优化各种复杂的系统，使其能够自主地完成预设的任务，并保持稳定高效的运行。它隐藏在从微观的传感器到宏观的航天飞机，从家庭的恒温器到工业的生产线，无处不在，默默地守护着现代社会的运转。 理解自动控制原理，就如同掌握了理解和驾驭动态系统的钥匙。它不仅仅是几个抽象的数学公式和理论框架，更是对现实世界中因果关系、反馈机制和系统行为的深刻洞察。当我们将一个系统定义为“自动控制系统”时，我们实际上是在强调这个系统具备一种“自主性”——它能够根据自身的状态信息，主动地调整其行为，以达到预期的目标。这种自主性，正是现代工程技术的核心竞争力所在。 深入剖析自动控制的基石：理论的巍峨殿堂 自动控制的基石，是建立在一系列精妙的数学理论之上的。其中，“系统建模”是首要的也是至关重要的一步。要控制一个系统，我们首先需要理解它。而理解一个系统，最直接的方式就是用数学语言来描述它的动态特性。这包括了对系统物理过程的深入分析，将其转化为一组能够被数学工具处理的方程。无论是线性系统还是非线性系统，无论是连续时间系统还是离散时间系统，都有其特有的建模方法。例如，对于机械系统，牛顿定律和拉格朗日方程能够帮助我们建立运动方程；对于电路系统，基尔霍夫定律和元件的电学特性则可以构建电路模型；对于更复杂的生物、经济或社会系统，我们可能需要借助统计学、概率论甚至机器学习的方法来构建模型。精确的系统模型，是后续所有分析和设计工作的基础，如同建筑的蓝图，决定了其最终的稳固与否。 一旦系统模型建立，我们便可以进入“系统分析”的阶段。这涉及到对系统在不同输入下的响应特性进行研究，从而评估系统的性能。时域分析侧重于系统输出随时间的变化规律，关注响应的速度、超调量、稳态误差等关键指标。我们通过分析系统的瞬态响应和稳态响应，来判断系统是否能够快速、准确地达到目标值。频域分析则通过将系统信号分解为不同频率的正弦分量，来研究系统对不同频率输入的响应特性。伯德图、奈奎斯特图等工具，能够直观地展示系统的幅频特性和相频特性，从而分析系统的稳定裕度和抗干扰能力。此外，根轨迹分析则通过观察系统闭环极点随控制器参数的变化轨迹，来直观地判断系统的稳定性以及设计控制器参数。这些分析方法，为我们提供了审视系统内在规律的“X光”，让我们能够洞察其潜在的优点和缺陷。 在理解了系统的特性之后，“控制器设计”便成为自动控制的核心任务。控制器的作用，就是根据系统的输出反馈信息，计算并输出一个控制信号，以驱动系统达到预期的状态。PID控制器（比例-积分-微分控制器）是目前工业界应用最广泛的控制器之一，其简单易懂的结构和强大的性能，使其成为许多基本控制任务的首选。通过合理整定P、I、D三个参数，我们可以有效地改善系统的动态响应，消除稳态误差，并抑制干扰。然而，对于一些更复杂的系统，PID控制器可能显得力不从心。此时，我们就需要更高级的控制策略。状态空间方法提供了一种更全面的系统描述方式，能够处理多输入多输出（MIMO）系统，并设计出更优越的控制器，例如极点配置和线性二次调节器（LQR）。近年来，模型预测控制（MPC）作为一种先进的控制策略，通过对未来系统行为的预测，能够在优化目标下生成控制序列，在化工、电力、交通等领域展现出强大的应用潜力。而鲁棒控制和自适应控制则专注于在系统模型不确定或外部环境变化的情况下，依然能够保证系统的稳定性和性能。 理论的翅膀，如何翱翔于现实的蓝天：应用的风采 自动控制的魅力，不仅仅在于其深厚的理论体系，更在于其无处不在的应用，它如同现代科技的血管，驱动着社会的进步。 在工业自动化领域，自动控制的身影更是随处可见。从汽车制造流水线上精准抓取的机械臂，到炼油厂里对温度、压力进行毫秒级调控的工艺过程，再到风力发电机组根据风力变化自动调整叶片角度以最大化发电效率，无一不体现着自动控制的智慧。PLC（可编程逻辑控制器）和DCS（分布式控制系统）等自动化平台，更是将自动控制技术大规模、系统化地应用于工业生产，极大地提高了生产效率、产品质量，并降低了人工成本和安全风险。精密的传感器捕捉着生产过程中的每一个细微变化，而高效的控制器则根据这些信息做出最恰当的指令，确保整个生产流程的平稳运行。 在航空航天领域，自动控制更是承担着至关重要的责任。火箭发射的精确轨道控制，飞机的自动驾驶系统，卫星的姿态稳定和轨道维持，都离不开先进的自动控制技术。例如，自动驾驶系统能够根据预设航线和传感器数据，自主地完成起降、巡航、规避障碍等复杂任务，极大地减轻了飞行员的负担，并提高了飞行安全性。而对于遥远的深空探测器，自动控制技术更是它们自主导航、执行任务的唯一保障。 在交通运输领域，自动控制也正在悄然改变着我们的出行方式。智能交通系统利用传感器、通信技术和控制算法，优化交通流量，减少拥堵，提高通行效率。未来的自动驾驶汽车，更是将自动控制技术推向了一个新的高度，它将彻底改变人们的驾驶体验，并有望大幅提升道路安全。 在能源与环境领域，自动控制同样发挥着关键作用。智能电网通过对电力供需的实时监测和调控，实现电力的优化分配，提高能源利用效率，并应对可再生能源发电的波动性。环境监测与控制系统，例如水质监测、空气净化系统等，也都需要自动控制技术来维持设定的环境标准。 在生物医药领域，自动控制技术也正崭露头角。微创手术机器人需要高度精确的运动控制，以实现复杂的手术操作。药物输送系统则可以根据病人的生理指标，自动调节药物的输送速率，实现个体化治疗。 面向未来的挑战与机遇：创新永不止步 尽管自动控制原理及其应用已经取得了辉煌的成就，但随着科技的飞速发展，新的挑战和机遇也层出不穷。 非线性系统的精确建模和控制仍然是一个活跃的研究领域。许多现实世界的系统都具有复杂的非线性特性，这使得传统的线性控制理论难以完全适用。如何有效地处理和控制这些非线性系统，是提升控制系统性能的关键。 复杂系统的协同控制也是一个重要的研究方向。随着系统规模的不断增大和相互联系的日益紧密，如何协调大量子系统，使其能够协同工作，达到整体最优，是当前工程界面临的重大挑战。例如，大规模的无人机协同作业，或者城市交通系统的整体优化，都属于这类问题。 人工智能与自动控制的融合，为自动控制领域带来了革命性的机遇。机器学习、深度学习等人工智能技术，能够帮助我们更精确地建模复杂系统，设计出更智能、更具适应性的控制器。例如，利用强化学习技术训练控制器，使其能够从经验中学习并优化控制策略，在复杂环境下实现自主决策。 网络化控制系统的安全性与可靠性问题，也日益受到重视。随着越来越多的控制系统连接到网络，如何防止黑客攻击、确保信息安全，以及在网络延迟或丢包的情况下保持系统的稳定运行，成为了不可忽视的研究课题。 总而言之，自动控制原理及其应用，是一个充满活力和创造力的学科领域。它不仅仅是工程师和科学家们攻克技术难题的工具，更是推动人类社会不断向前发展的智慧之光。从理解系统的基本运作规律，到设计精密的控制策略，再到将其应用于千行百业，自动控制技术始终在挑战我们的认知边界，并为我们创造更美好的未来。学习和掌握自动控制原理，就如同掌握了一把解锁现代科技奥秘的钥匙，能够让我们更深刻地理解这个正在被技术重塑的世界，并有能力去参与和创造它。

评分☆☆☆☆☆

我作为一个初入这个领域的研究生，刚拿到这本书时，说实话，心里是有些忐忑的，毕竟“原理及应用”这几个字的分量不轻，生怕里面的内容过于晦涩难懂，变成一本只能供着却不敢翻开的“大部头”。然而，真正沉下心去阅读后，我发现作者的叙事逻辑简直是教科书级别的流畅。他并非那种上来就抛出一堆高深公式的“炫技型”学者，而是采取了一种循序渐进、层层递进的教学方法。从最基础的系统建模入手，逐步过渡到各种控制器的设计与分析，每一个知识点的引入都配有恰到好处的物理背景解释，让人能迅速建立起抽象概念与实际工程问题之间的联系。特别是对于经典控制理论与现代控制理论的衔接处理，过渡得非常自然，没有生硬的割裂感。我感觉自己就像是跟着一位经验丰富的导师在进行一对一的辅导，每一个疑惑都在不经意间被解答了。这本书成功地搭建起了一座理论与实践之间的坚实桥梁，让我对未来的研究方向充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面色彩搭配沉稳又不失现代感，字体选择大气磅礴，一看就知道是本厚重的学术专著。内页的纸张质量也相当不错，触感温润，油墨印刷清晰锐利，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。这种对细节的把控，体现了出版方对知识传播的敬畏之心。当然，更重要的是内容排版的考究，清晰的章节划分，详尽的图表索引，让我在查找特定概念时能迅速定位，极大地提高了我的学习效率。特别是那些复杂的数学公式和系统框图，都以一种极其工整、易于理解的方式呈现出来，这对于我们这些需要深入理解原理的读者来说，简直是福音。这本书不仅仅是一本教材，更像是一件精雕细琢的艺术品，让人在学习之余，也能享受阅读的愉悦。我甚至会因为它的精美装帧，更愿意把它放在书架的最显眼位置，随时翻阅，而不是仅仅束之高阁作为参考资料。这种内外兼修的品质，在如今快节奏的出版市场中，实在难能可贵。

评分☆☆☆☆☆

从一个资深工程师的角度来看，这本书最宝贵的价值在于其“应用”二字的体现。很多理论书籍在“应用”部分往往草草收场，或者给出的应用案例过于理想化。然而，这本教材的案例分析部分，非常贴近工业现场的实际需求和挑战。它没有回避实际工程中常见的非线性、时滞、参数不确定性等“顽疾”，而是坦诚地讨论了如何用现有的理论工具去逼近最优解，或者至少达到可接受的性能指标。例如，在讲解PID控制器的优化时，书中详细讨论了抗饱和、反向积分等实用技巧的原理和实施细节，这些都是在课堂上很少深入讲解，但在实际调试中至关重要的小窍门。阅读完这些章节，我立刻就能将书中的知识点应用到我正在负责的生产线上，快速定位并优化了几个长期困扰我的控制环路。这本书的实用性，是无可替代的，它真正做到了理论指导实践，让冰冷的数学公式焕发出工程的生命力。

评分☆☆☆☆☆

我不得不提一下这本书中对图示和例题的处理。很多控制理论的书籍，图示常常是潦草的几何图形，公式堆砌在一起，让人看了头疼。但这本则完全不同。每一个动态系统的结构图都精确到每一个反馈回路的走向，每一个传感器的位置都标注得清清楚楚。至于例题，那简直是精华所在。它们不仅仅是简单的数字代入计算，而是往往选取了现实中具有代表性的工程问题，比如机械臂的精确位置控制、飞行器的姿态稳定等。更妙的是，对于一个例题，作者常常会给出不止一种解法，并对比不同方法的优缺点和适用范围。比如，用根轨迹法分析稳定裕度后，再用频率响应法进行验证和修正，这种多视角、多工具并用的分析方式，极大地拓宽了我的分析视野。我感觉自己不只是在学习一个学科的知识，更是在学习一套成熟的、可迁移的问题解决工具箱。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度，绝对超出了我最初的预期。我原本以为它会偏重于某一个侧面，比如纯粹的理论推导，或者仅仅停留在工程应用的表面介绍。但事实是，它在保证数学严谨性的同时，对各种前沿控制算法的应用案例剖析得极为透彻。我尤其欣赏其中对鲁棒控制和自适应控制部分的论述，作者并没有简单地介绍公式，而是深入分析了在实际工况下，这些高级算法所面临的限制和挑战，并提供了富有洞察力的解决方案思路。阅读这些章节时，我经常需要停下来，对照我正在做的仿真项目进行思考和比对，每一次阅读都能带来新的启发。这不像某些教材那样，知识点堆砌完毕就戛然而止，而是真正引导读者去思考“为什么”和“怎么办”。对于希望将理论知识转化为实际工程能力的人来说，这本书提供的不仅仅是“答案”，更是解决问题的“思维框架”。它迫使你去超越书本上的范例，去面对真实世界系统的复杂性和不确定性。