自動控製原理及應用 廉振芳 等 9787564065010 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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廉振芳 等 著

圖書標籤:

• 自動控製原理
• 控製工程
• 係統分析
• 數學模型
• 反饋控製
• 現代控製
• 經典控製
• 控製係統
• 信號與係統
• 高等教育

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齣版社： 北京理工大學齣版社

ISBN：9787564065010

商品編碼：29573350262

包裝：平裝

齣版時間：2012-08-01

基本信息

書名：自動控製原理及應用

定價：46.00元

作者：廉振芳 等

齣版社：北京理工大學齣版社

齣版日期：2012-08-01

ISBN：9787564065010

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.341kg

編輯推薦

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廉振芳等編著的《自動控製原理及應用》重點介紹瞭自動控製原理的經典控製理論部分，內容包括：自動控製係統的基本概念，自動控製係統的數學模型，自動控製係統的時域分析法，控製係統的頻域分析法，自動控製係統的校正和自動控製原理的應用等。本書可作為高職高專自動控製相關專業的教材。

內容提要

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目錄

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章 緒論 1.1 自動控製理論概述 1.2 自動控製係統的基本概念 1.2.1 自動控製係統的基本原理和基本概念 1.2.2 自動控製係統的控製方式 1.2.3 自動控製係統的組成 1.2.4 自動控製係統舉例 1.3 自動控製係統的分類 1.3.1 按輸入信號變化的規律分類 1.3.2 按係統傳輸信號對時間的關係分類 1.3.3 按係統的輸齣量和輸入量間的關係分類 l.3.4 按係統中的參數對時間的變化情況分類 1.4 對自動控製係統的基本要求 1.5 自動控製係統實例分析 本章小結與練習第2章 拉普拉斯變換及其應用 2.1 拉普拉斯變換的概念 2.1.1 定義 2.1.2 常見函數的拉氏變換 2.2 常用的性質和定理 2.2.1 綫性性質 2.2.2 微分定理 2.2.3 積分定理 2.2.4 位移性質(也稱復位移性質) 2.2.5 延遲定理(也稱實位移性質) 2.2.6 初值定理 2.2.7 終值定理 2.3 拉氏反變換 本章小結與練習第3章 控製係統的數學模型 3.1 控製係統的微分方程 3.1.1 電路係統 3.1.2 綫性定常微分方程的求解 3.2 傳遞函數 3.2.1 傳遞函數的基本概念 3.2.2 傳遞函數的定義 3.2.3 傳遞函數的性質 3.2.4 傳遞函數的求法 3.3 典型環節的數學模型及其動態響應 3.3.1 比例環節 3.3.2 積分環節 3.3.3 微分環節 3.3.4 慣性環節 3.3.5 振蕩環節 3.3.6 延遲環節 3.4 控製係統的動態結構圖 3.4.1 動態結構圖 3.4.2 動態結構圖的繪製 3.4.3 動態結構圖的等效變換和化簡 3.4.4 信號流圖與梅遜公式 3.5 自動控製係統的傳遞函數 3.5.1 閉環控製係統的開環傳遞函數 3.5.2 給定輸入信號R(s)作用下的閉環傳遞函數 3.5.3 擾動信號Ⅳ(s)作用下的閉環傳遞函數 3.5.4 閉環係統的誤差傳遞函數 本章小結與練習 任務訓練1 任務訓練2第4章 時域分析法 4.1 典型輸入信號及性能指標 4.1.1 典型輸入信號 4.1.2 典型初始狀態 4.1.3 典型時間響應 4.1.4 係統性能指標的定義 4.2 一階係統分析 4.2.1 一階係統的數學模型 4.2.2 一階係統的單位階躍響應 4.2.3 一階係統的單位階躍響應的性能指標 4.3 二階係統分析 4.3.1 二階係統的數學模型 4.3.2 二階係統的特徵根及性質 4.3.3 二階係統的單位階躍響應 4.4 係統穩定性分析 4.4.1 穩定的基本概念 4.4.2 穩定的數學條件 4.4.3 勞斯判據 4.5 係統穩態誤差分析 4.5.1 誤差與穩態誤差 4.5.2 穩態誤差計算 4.5.3 係統型彆 4.5.4 典型輸入信號r(t)作用下的穩態誤差與靜態誤差係數 4.5.5 乾擾n(t)作用下的穩態誤差 本章小結與練習 任務訓練3 任務訓練4第5章 控製係統的頻域分析法 5.1 係統頻率特性的基本概念 5.1.1 基本概念 5.1.2 頻率特性的性質 5.1.3 頻率特性的圖形錶示方法 5.2 典型環節的頻率特性 5.3 係統開環對數頻率特性麯綫的繪製 5.3.1 係統開環對數頻率特性及繪製步驟 5.3.2 係統開環對數頻率特性繪製舉例 5.4 係統穩定性的頻域分析 5.4.1 奈奎斯特穩定判據 5.4.2 對數頻率穩定判據 5.4.3 穩定裕量 5.4.4 動態性能的頻域分析 5.4.5 典型係統頻域分析 本章小結與練習 任務訓練5第6章 根軌跡法 6.1 根軌跡與根軌跡方程 6.1.1 根軌i亦的基本概念 6.1.2 根軌跡方程 6.2 繪製根軌跡的基本法則 6.2.1 根軌跡的個數 6.2.2 根軌跡的對稱性 6.2.3 根軌跡的起點和終點 6.2.4 實軸上的根軌跡 6.2.5 根軌跡的漸近綫 6.2.6 起始角與終止角 6.2.7 分離點 6.2.8 分離角與會閤角 6.2.9 虛軸交點 6.2.10 根之和 6.3 控製係統的根軌跡分析法 6.3.1 閉環零、極點與階躍響應的定 6.3.2 利用主導極點估算係統性能指標 6.3.3 根軌跡的改造對係統的影響 6.3.4 根軌跡法係統動態特性中的應用 本章小結與練習第7章 自動控製係統的校正 7.1 係統校正概述 7.1.1 係統校正的基本概念 7.1.2 係統校正的方式 7.1.3 常用校正裝置 7.1.4 係統指標的確定 7.2 串聯校正 7.2.1 比例(P)校正 7.2.2 比例一微分(PD)校正 7.2.3 比例一積分(PI)校正 7.2.4 比例一積分一微分(PID)校正 7.3 反饋校正 7.3.1 反饋校正的原理 7.3.2 反饋校正的分類與應用 7.4 復閤校正 7.4.1 按輸入補償的復閤校正 7.4.2 按擾動補償的復閤校正 7.5 自動控製係統的一般設計方法 7.5.1 自動控製係統設計的基本步驟 7.5.2 係統固有部分開環頻率特性的確定 7.5.3 係統預期開環對數頻率特性的確定 本章小結與練習第8章 直流調速係統 8.1 單閉環轉速負反饋晶閘管直流調速係統 8.1.1 係統的組成 8.1.2 係統的框圖 8.1.3 係統的自動調節過程 8.1.4 係統的性能分析 8.2 轉速電流雙閉環直流調速係統 8.2.1 雙閉環直流調速係統的組成 8.2.2 係統動態結構圖 8.2.3 雙閉環直流調速係統的工作原理和自動調節過程 8.2.4 係統性能分析 8.2.5 係統的穩定性分析 8.2.6 雙閉環直流調速係統的優點 8.2.7 給定積分器的應用 8.3 任務訓練——轉速電流雙閉環直流調速係統設計實例 本章小結與練習 任務訓練6參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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探索係統運行的奧秘：從原理到實踐的智慧之光 在浩瀚的知識海洋中，有一門學科以其嚴謹的邏輯、強大的分析能力和廣泛的應用前景，深刻地影響著我們現代科技的發展和生活的方方麵麵。它便是“自動控製原理”。這門學科，如同賦予機器智慧的魔杖，讓我們能夠設計、實現並優化各種復雜的係統，使其能夠自主地完成預設的任務，並保持穩定高效的運行。它隱藏在從微觀的傳感器到宏觀的航天飛機，從傢庭的恒溫器到工業的生産綫，無處不在，默默地守護著現代社會的運轉。 理解自動控製原理，就如同掌握瞭理解和駕馭動態係統的鑰匙。它不僅僅是幾個抽象的數學公式和理論框架，更是對現實世界中因果關係、反饋機製和係統行為的深刻洞察。當我們將一個係統定義為“自動控製係統”時，我們實際上是在強調這個係統具備一種“自主性”——它能夠根據自身的狀態信息，主動地調整其行為，以達到預期的目標。這種自主性，正是現代工程技術的核心競爭力所在。 深入剖析自動控製的基石：理論的巍峨殿堂 自動控製的基石，是建立在一係列精妙的數學理論之上的。其中，“係統建模”是首要的也是至關重要的一步。要控製一個係統，我們首先需要理解它。而理解一個係統，最直接的方式就是用數學語言來描述它的動態特性。這包括瞭對係統物理過程的深入分析，將其轉化為一組能夠被數學工具處理的方程。無論是綫性係統還是非綫性係統，無論是連續時間係統還是離散時間係統，都有其特有的建模方法。例如，對於機械係統，牛頓定律和拉格朗日方程能夠幫助我們建立運動方程；對於電路係統，基爾霍夫定律和元件的電學特性則可以構建電路模型；對於更復雜的生物、經濟或社會係統，我們可能需要藉助統計學、概率論甚至機器學習的方法來構建模型。精確的係統模型，是後續所有分析和設計工作的基礎，如同建築的藍圖，決定瞭其最終的穩固與否。 一旦係統模型建立，我們便可以進入“係統分析”的階段。這涉及到對係統在不同輸入下的響應特性進行研究，從而評估係統的性能。時域分析側重於係統輸齣隨時間的變化規律，關注響應的速度、超調量、穩態誤差等關鍵指標。我們通過分析係統的瞬態響應和穩態響應，來判斷係統是否能夠快速、準確地達到目標值。頻域分析則通過將係統信號分解為不同頻率的正弦分量，來研究係統對不同頻率輸入的響應特性。伯德圖、奈奎斯特圖等工具，能夠直觀地展示係統的幅頻特性和相頻特性，從而分析係統的穩定裕度和抗乾擾能力。此外，根軌跡分析則通過觀察係統閉環極點隨控製器參數的變化軌跡，來直觀地判斷係統的穩定性以及設計控製器參數。這些分析方法，為我們提供瞭審視係統內在規律的“X光”，讓我們能夠洞察其潛在的優點和缺陷。 在理解瞭係統的特性之後，“控製器設計”便成為自動控製的核心任務。控製器的作用，就是根據係統的輸齣反饋信息，計算並輸齣一個控製信號，以驅動係統達到預期的狀態。PID控製器（比例-積分-微分控製器）是目前工業界應用最廣泛的控製器之一，其簡單易懂的結構和強大的性能，使其成為許多基本控製任務的首選。通過閤理整定P、I、D三個參數，我們可以有效地改善係統的動態響應，消除穩態誤差，並抑製乾擾。然而，對於一些更復雜的係統，PID控製器可能顯得力不從心。此時，我們就需要更高級的控製策略。狀態空間方法提供瞭一種更全麵的係統描述方式，能夠處理多輸入多輸齣（MIMO）係統，並設計齣更優越的控製器，例如極點配置和綫性二次調節器（LQR）。近年來，模型預測控製（MPC）作為一種先進的控製策略，通過對未來係統行為的預測，能夠在優化目標下生成控製序列，在化工、電力、交通等領域展現齣強大的應用潛力。而魯棒控製和自適應控製則專注於在係統模型不確定或外部環境變化的情況下，依然能夠保證係統的穩定性和性能。 理論的翅膀，如何翱翔於現實的藍天：應用的風采 自動控製的魅力，不僅僅在於其深厚的理論體係，更在於其無處不在的應用，它如同現代科技的血管，驅動著社會的進步。 在工業自動化領域，自動控製的身影更是隨處可見。從汽車製造流水綫上精準抓取的機械臂，到煉油廠裏對溫度、壓力進行毫秒級調控的工藝過程，再到風力發電機組根據風力變化自動調整葉片角度以最大化發電效率，無一不體現著自動控製的智慧。PLC（可編程邏輯控製器）和DCS（分布式控製係統）等自動化平颱，更是將自動控製技術大規模、係統化地應用於工業生産，極大地提高瞭生産效率、産品質量，並降低瞭人工成本和安全風險。精密的傳感器捕捉著生産過程中的每一個細微變化，而高效的控製器則根據這些信息做齣最恰當的指令，確保整個生産流程的平穩運行。 在航空航天領域，自動控製更是承擔著至關重要的責任。火箭發射的精確軌道控製，飛機的自動駕駛係統，衛星的姿態穩定和軌道維持，都離不開先進的自動控製技術。例如，自動駕駛係統能夠根據預設航綫和傳感器數據，自主地完成起降、巡航、規避障礙等復雜任務，極大地減輕瞭飛行員的負擔，並提高瞭飛行安全性。而對於遙遠的深空探測器，自動控製技術更是它們自主導航、執行任務的唯一保障。 在交通運輸領域，自動控製也正在悄然改變著我們的齣行方式。智能交通係統利用傳感器、通信技術和控製算法，優化交通流量，減少擁堵，提高通行效率。未來的自動駕駛汽車，更是將自動控製技術推嚮瞭一個新的高度，它將徹底改變人們的駕駛體驗，並有望大幅提升道路安全。 在能源與環境領域，自動控製同樣發揮著關鍵作用。智能電網通過對電力供需的實時監測和調控，實現電力的優化分配，提高能源利用效率，並應對可再生能源發電的波動性。環境監測與控製係統，例如水質監測、空氣淨化係統等，也都需要自動控製技術來維持設定的環境標準。 在生物醫藥領域，自動控製技術也正嶄露頭角。微創手術機器人需要高度精確的運動控製，以實現復雜的手術操作。藥物輸送係統則可以根據病人的生理指標，自動調節藥物的輸送速率，實現個體化治療。 麵嚮未來的挑戰與機遇：創新永不止步 盡管自動控製原理及其應用已經取得瞭輝煌的成就，但隨著科技的飛速發展，新的挑戰和機遇也層齣不窮。 非綫性係統的精確建模和控製仍然是一個活躍的研究領域。許多現實世界的係統都具有復雜的非綫性特性，這使得傳統的綫性控製理論難以完全適用。如何有效地處理和控製這些非綫性係統，是提升控製係統性能的關鍵。 復雜係統的協同控製也是一個重要的研究方嚮。隨著係統規模的不斷增大和相互聯係的日益緊密，如何協調大量子係統，使其能夠協同工作，達到整體最優，是當前工程界麵臨的重大挑戰。例如，大規模的無人機協同作業，或者城市交通係統的整體優化，都屬於這類問題。 人工智能與自動控製的融閤，為自動控製領域帶來瞭革命性的機遇。機器學習、深度學習等人工智能技術，能夠幫助我們更精確地建模復雜係統，設計齣更智能、更具適應性的控製器。例如，利用強化學習技術訓練控製器，使其能夠從經驗中學習並優化控製策略，在復雜環境下實現自主決策。 網絡化控製係統的安全性與可靠性問題，也日益受到重視。隨著越來越多的控製係統連接到網絡，如何防止黑客攻擊、確保信息安全，以及在網絡延遲或丟包的情況下保持係統的穩定運行，成為瞭不可忽視的研究課題。 總而言之，自動控製原理及其應用，是一個充滿活力和創造力的學科領域。它不僅僅是工程師和科學傢們攻剋技術難題的工具，更是推動人類社會不斷嚮前發展的智慧之光。從理解係統的基本運作規律，到設計精密的控製策略，再到將其應用於韆行百業，自動控製技術始終在挑戰我們的認知邊界，並為我們創造更美好的未來。學習和掌握自動控製原理，就如同掌握瞭一把解鎖現代科技奧秘的鑰匙，能夠讓我們更深刻地理解這個正在被技術重塑的世界，並有能力去參與和創造它。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計真是讓人眼前一亮，封麵色彩搭配沉穩又不失現代感，字體選擇大氣磅礴，一看就知道是本厚重的學術專著。內頁的紙張質量也相當不錯，觸感溫潤，油墨印刷清晰銳利，即便是長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。這種對細節的把控，體現瞭齣版方對知識傳播的敬畏之心。當然，更重要的是內容排版的考究，清晰的章節劃分，詳盡的圖錶索引，讓我在查找特定概念時能迅速定位，極大地提高瞭我的學習效率。特彆是那些復雜的數學公式和係統框圖，都以一種極其工整、易於理解的方式呈現齣來，這對於我們這些需要深入理解原理的讀者來說，簡直是福音。這本書不僅僅是一本教材，更像是一件精雕細琢的藝術品，讓人在學習之餘，也能享受閱讀的愉悅。我甚至會因為它的精美裝幀，更願意把它放在書架的最顯眼位置，隨時翻閱，而不是僅僅束之高閣作為參考資料。這種內外兼修的品質，在如今快節奏的齣版市場中，實在難能可貴。

評分☆☆☆☆☆

從一個資深工程師的角度來看，這本書最寶貴的價值在於其“應用”二字的體現。很多理論書籍在“應用”部分往往草草收場，或者給齣的應用案例過於理想化。然而，這本教材的案例分析部分，非常貼近工業現場的實際需求和挑戰。它沒有迴避實際工程中常見的非綫性、時滯、參數不確定性等“頑疾”，而是坦誠地討論瞭如何用現有的理論工具去逼近最優解，或者至少達到可接受的性能指標。例如，在講解PID控製器的優化時，書中詳細討論瞭抗飽和、反嚮積分等實用技巧的原理和實施細節，這些都是在課堂上很少深入講解，但在實際調試中至關重要的小竅門。閱讀完這些章節，我立刻就能將書中的知識點應用到我正在負責的生産綫上，快速定位並優化瞭幾個長期睏擾我的控製環路。這本書的實用性，是無可替代的，它真正做到瞭理論指導實踐，讓冰冷的數學公式煥發齣工程的生命力。

評分☆☆☆☆☆

我不得不提一下這本書中對圖示和例題的處理。很多控製理論的書籍，圖示常常是潦草的幾何圖形，公式堆砌在一起，讓人看瞭頭疼。但這本則完全不同。每一個動態係統的結構圖都精確到每一個反饋迴路的走嚮，每一個傳感器的位置都標注得清清楚楚。至於例題，那簡直是精華所在。它們不僅僅是簡單的數字代入計算，而是往往選取瞭現實中具有代錶性的工程問題，比如機械臂的精確位置控製、飛行器的姿態穩定等。更妙的是，對於一個例題，作者常常會給齣不止一種解法，並對比不同方法的優缺點和適用範圍。比如，用根軌跡法分析穩定裕度後，再用頻率響應法進行驗證和修正，這種多視角、多工具並用的分析方式，極大地拓寬瞭我的分析視野。我感覺自己不隻是在學習一個學科的知識，更是在學習一套成熟的、可遷移的問題解決工具箱。

評分☆☆☆☆☆

我作為一個初入這個領域的研究生，剛拿到這本書時，說實話，心裏是有些忐忑的，畢竟“原理及應用”這幾個字的分量不輕，生怕裏麵的內容過於晦澀難懂，變成一本隻能供著卻不敢翻開的“大部頭”。然而，真正沉下心去閱讀後，我發現作者的敘事邏輯簡直是教科書級彆的流暢。他並非那種上來就拋齣一堆高深公式的“炫技型”學者，而是采取瞭一種循序漸進、層層遞進的教學方法。從最基礎的係統建模入手，逐步過渡到各種控製器的設計與分析，每一個知識點的引入都配有恰到好處的物理背景解釋，讓人能迅速建立起抽象概念與實際工程問題之間的聯係。特彆是對於經典控製理論與現代控製理論的銜接處理，過渡得非常自然，沒有生硬的割裂感。我感覺自己就像是跟著一位經驗豐富的導師在進行一對一的輔導，每一個疑惑都在不經意間被解答瞭。這本書成功地搭建起瞭一座理論與實踐之間的堅實橋梁，讓我對未來的研究方嚮充滿瞭信心。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度，絕對超齣瞭我最初的預期。我原本以為它會偏重於某一個側麵，比如純粹的理論推導，或者僅僅停留在工程應用的錶麵介紹。但事實是，它在保證數學嚴謹性的同時，對各種前沿控製算法的應用案例剖析得極為透徹。我尤其欣賞其中對魯棒控製和自適應控製部分的論述，作者並沒有簡單地介紹公式，而是深入分析瞭在實際工況下，這些高級算法所麵臨的限製和挑戰，並提供瞭富有洞察力的解決方案思路。閱讀這些章節時，我經常需要停下來，對照我正在做的仿真項目進行思考和比對，每一次閱讀都能帶來新的啓發。這不像某些教材那樣，知識點堆砌完畢就戛然而止，而是真正引導讀者去思考“為什麼”和“怎麼辦”。對於希望將理論知識轉化為實際工程能力的人來說，這本書提供的不僅僅是“答案”，更是解決問題的“思維框架”。它迫使你去超越書本上的範例，去麵對真實世界係統的復雜性和不確定性。