高职高专电气自动化技术专业规划教材 自动控制原理与系统 9787512300415 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王诗军 著

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出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787512300415

商品编码：29638523721

包装：平装

出版时间：2010-01-01

基本信息

书名:高职高专电气自动化技术专业规划教材 自动控制原理与系统

定价：17.60元

售价：12.8元,便宜4.8元,折扣72

作者:王诗军

出版社：中国电力出版社

出版日期：2010-01-01

ISBN：9787512300415

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.281kg

编辑推荐

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内容提要

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本书为高职高专电气自动化技术专业规划教材。
本书分为两篇九章，上篇为自动控制原理部分，包括自动控制系统的基本概念、数学模型、自动控制的时域分析法和频域分析法、自动控制系统的校正。下篇为自动控制系统部分，包括单闭环调速系统、转速、电流双闭环直流调速系统、可逆直流调速系统、直流脉宽调速系统。
本书可作为高职高专自动化类、电力技术类等专业自动控制原理与系统课程的教材，也可供相关工程技术人员参考。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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自动控制原理与系统：现代工业的基石与发展前沿 自动控制技术，作为一门研究如何使机械、电气、信息等系统在无人干预的情况下按照预定目标运行的科学，早已渗透到现代工业生产和日常生活的方方面面。从工厂里精准运作的生产线，到家中舒适调节的空调，再到现代交通系统中高效运行的导航与驾驶辅助系统，自动控制的身影无处不在。它不仅是提升生产效率、保障产品质量的关键，更是实现智能化、自动化生产，推动社会进步的重要驱动力。 一、 自动控制系统的基本概念与构成 一个典型的自动控制系统，其核心在于“反馈”机制。简单来说，它是指将系统的输出量（被控制量）经过测量，再与预设的目标值（给定值）进行比较，将两者之间的偏差信号进行处理，并以此信号去控制系统的输入（控制器），从而使输出量始终趋近于目标值，减小甚至消除偏差。这个过程就像一个人在行走时，眼睛不断观察脚下的路况，并根据看到的画面不断调整身体的姿势和步幅，以保持平衡和按照既定方向前进。 一个完整的自动控制系统通常由以下几个基本组成部分构成： 控制器（Controller）： 这是系统的“大脑”，负责接收偏差信号，并根据预设的控制规律（如PID控制、模糊控制等）产生控制指令。它决定了系统如何响应外部干扰和内部变化，是实现控制性能的关键。 执行器（Actuator）： 这是系统的“手臂”，接收控制器发出的控制指令，并将其转换为实际的物理作用，如改变电机转速、阀门开度、加热功率等，从而直接影响被控对象。执行器的选择直接关系到系统的响应速度、精度和功率。 被控对象（Plant/Process）： 这是系统的“身体”，是需要被控制的物理实体或过程。例如，在温度控制系统中，被控对象就是加热炉或空调系统；在电机调速系统中，被控对象就是电机本身。被控对象的动态特性（如惯性、延迟、非线性等）是设计控制器的重要依据。 传感器（Sensor）： 这是系统的“感官”，用于测量被控对象的输出量，并将其转换为电信号传递给控制器。传感器的精度、灵敏度和响应速度直接影响控制系统的测量准确性和及时性。 比较器（Comparator）： 负责将传感器的测量值与给定值进行比较，产生偏差信号。通常集成在控制器内部。 反馈通路（Feedback Path）： 将被控对象的输出信息（经过传感器测量）传递回控制器的通路。 根据反馈信号是否与系统输出同向，自动控制系统又可分为两大类： 闭环控制系统（Closed-loop Control System）： 也称为反馈控制系统。其核心特点是存在反馈通路，系统的输出量通过传感器和反馈通路影响控制器的作用。闭环控制系统能够有效地克服外部干扰和系统内部参数变化带来的影响，具有高精度、高稳定性的优点，是现代自动控制的主流。 开环控制系统（Open-loop Control System）： 没有反馈通路，控制器的作用仅由输入信号决定，与系统的输出量无关。开环系统结构简单，成本较低，但抗干扰能力差，精度不高，只能在系统特性已知且干扰较小的情况下使用。例如，定时开关的电灯就是一种开环控制。 二、 自动控制系统的数学模型 要设计和分析一个自动控制系统，必须首先建立其数学模型，用数学语言描述系统的动态特性。常用的数学模型包括： 传递函数模型（Transfer Function Model）： 主要适用于线性定常系统，描述的是系统输入与输出之间的复频域（拉普拉斯变换域）关系。传递函数能够直观地反映系统的动态特性，如延迟、惯性、振荡等，是系统分析和控制器设计中最常用的模型。 状态空间模型（State-space Model）： 适用于更广泛的系统，包括线性和非线性、时变系统。它将系统的内部状态变量及其变化率作为描述的基础，可以更全面地反映系统的内部动态。状态空间模型在现代控制理论，尤其是在最优控制、估计理论和数字控制等方面有着重要的应用。 微分方程模型（Differential Equation Model）： 基于物理定律（如牛顿定律、电路定律等）直接建立的描述系统变量随时间变化的方程。微分方程是建立其他模型的基础。 三、 自动控制系统的分析 建立数学模型后，需要对控制系统的性能进行分析，以评估其是否满足设计要求。主要的分析内容包括： 时域分析（Time-domain Analysis）： 研究系统在典型输入信号（如单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位脉冲信号）作用下的响应过程。通过分析系统的瞬态响应（如超调量、调节时间、上升时间）和稳态响应（如稳态误差），来评价系统的动态性能和精度。 频域分析（Frequency-domain Analysis）： 研究系统对不同频率的正弦输入信号的响应特性。通过绘制伯德图（Bode Plot）、奈奎斯特图（Nyquist Plot）等，可以直观地了解系统的幅值响应和相角响应，从而分析系统的稳定性和动态性能。频域分析尤其适用于评估系统的抗干扰能力和噪声抑制能力。 根轨迹分析（Root Locus Analysis）： 分析闭环系统极点（即闭环传递函数的特征方程的根）随控制器增益变化的轨迹。通过观察根轨迹的位置，可以预测系统的稳定性、动态响应以及选择合适的控制器参数。 稳定性分析（Stability Analysis）： 评估系统在受到微小扰动后，其状态是否会趋于发散。稳定是自动控制系统的基本要求，不稳定系统将导致灾难性的后果。常用的稳定性判据包括劳斯判据（Routh Criterion）、奈奎斯特判据（Nyquist Criterion）等。 四、 自动控制系统的设计 自动控制系统的设计目标是根据性能指标的要求，选择合适的控制器类型和参数，使系统能够稳定、快速、准确地运行。主要的设计方法包括： PID 控制器设计（PID Controller Design）： PID（比例-积分-微分）控制器是最广泛应用的控制器类型，其控制律结合了比例、积分和微分三种作用。通过整定PID的三个参数（Kp、Ki、Kd），可以实现对系统响应速度、超调量和稳态误差的有效控制。PID控制因其结构简单、易于实现、鲁棒性好等优点，在工业界有着极高的普及率。 状态反馈控制设计（State Feedback Control Design）： 基于状态空间模型，通过将系统的状态变量进行线性组合来设计控制器。状态反馈控制能够实现任意配置闭环系统极点的目标，理论上可以获得最优的控制性能，但需要测量所有状态变量。 最优控制（Optimal Control）： 寻找最优的控制策略，使系统在满足一定约束条件下，达到某种性能指标的最优值，例如最小化能量消耗、最小化响应时间等。动态规划（Dynamic Programming）和庞特里亚金最小化原理（Pontryagin's Minimum Principle）是求解最优控制问题的重要工具。 模糊控制（Fuzzy Control）： 适用于被控对象模型不精确或难以建立精确数学模型的情况。模糊控制利用人类的经验和模糊逻辑来设计控制器，通过模糊化输入量、模糊推理和解模糊等步骤实现控制。 自适应控制（Adaptive Control）： 当被控对象的参数发生变化时，自适应控制器能够自动调整自身的参数，以维持系统的性能。 五、 自动控制系统在现代工业中的应用 自动控制技术是现代工业自动化的核心，其应用领域极为广泛，深刻地改变着生产方式和效率： 工业过程控制（Industrial Process Control）： 这是自动控制技术应用最广泛的领域。在石油化工、钢铁冶金、电力、制药、食品加工等行业，自动控制系统被用于精确控制温度、压力、流量、液位、成分等关键工艺参数，确保生产过程的稳定、高效和安全。例如，炼油厂的裂化装置、化工厂的反应釜、发电厂的锅炉等都离不开复杂的自动控制系统。 制造自动化（Manufacturing Automation）： 机器人技术、数控机床、流水线生产等都高度依赖自动控制技术。通过自动控制，机器能够精确地执行重复性任务，大大提高了生产效率和产品的一致性。例如，汽车制造中的焊接机器人、装配机器人，以及电子产品生产中的SMT设备等。 交通运输系统（Transportation Systems）： 现代交通系统已经高度智能化，自动控制技术发挥着至关重要的作用。自动驾驶技术、交通信号控制系统、列车自动运行系统（ATO）等，都能够提高交通的效率、安全性和舒适性。飞机自动驾驶仪、船舶自动导航系统等也是自动控制的典型应用。 航空航天（Aerospace）： 飞行控制系统、姿态稳定系统、轨道控制系统等是确保航天器安全运行的关键。从火箭发射到卫星的精确变轨，再到载人飞船的着陆，每一个环节都离不开高精度、高可靠性的自动控制。 机器人技术（Robotics）： 机器人之所以能够执行各种复杂的任务，正是因为其内部集成了先进的自动控制系统，包括运动控制、视觉伺服、力控等。 新能源与环保（New Energy and Environmental Protection）： 风力发电、太阳能发电系统的最大功率点跟踪（MPPT），以及水处理、废气净化等环保设备的运行，都依赖于自动控制技术来优化能源利用效率和减排效果。 楼宇自动化（Building Automation）： 智能家居、中央空调、电梯系统、安防系统等，通过自动控制技术，提高了居住和工作的舒适性、安全性，并实现了能源的优化管理。 六、 自动控制系统的发展趋势 随着信息技术的飞速发展，自动控制系统正朝着更加智能化、网络化、柔性化的方向发展： 人工智能在控制中的应用（AI in Control）： 机器学习、深度学习等人工智能技术正被广泛应用于控制器的设计和优化，例如，通过神经网络实现对复杂非线性系统的建模和控制，利用强化学习进行最优策略的学习。 网络化控制系统（Networked Control Systems, NCS）： 将传感器、控制器和执行器通过通信网络连接起来，可以实现分布式控制，提高系统的灵活性和可扩展性。但网络延迟和丢包等问题也带来了新的挑战。 预测控制（Predictive Control）： 基于被控对象的模型，预测未来一段时间内的系统行为，并根据预测结果优化控制策略。模型预测控制（MPC）在复杂工业过程控制中展现出强大的优势。 自主系统（Autonomous Systems）： 能够自主感知环境、做出决策并执行任务的系统，如无人机、自主机器人、自动驾驶汽车等，是自动控制技术发展的终极目标之一。 人机协作（Human-Robot Collaboration）： 未来，自动控制系统将更多地与人类协同工作，实现人与机器的优势互补。 总而言之，自动控制原理与系统是一门既古老又充满活力的学科。它为现代工业的发展提供了坚实的技术支撑，并不断推动着社会向着更智能、更高效、更美好的未来迈进。对这门学科的深入理解和掌握，对于电气自动化技术专业的学生来说，是掌握核心技能、应对未来挑战的关键。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我以前对“自动控制原理”这几个字是本能抗拒的，感觉那玩意儿就是数学公式的海洋，深不可测。但是拿到这本《XXX》后，我的看法彻底改变了。它在讲解传递函数和频率特性时，那种循序渐进的节奏感把握得太到位了。它没有一开始就抛出拉普拉斯变换的复杂性，而是先用一个非常形象的“系统模型”来引导我们理解“输入”如何影响“输出”，就像是在看一个精密的仪器是如何运作的。接着，它会用非常直观的图示来解释波特图和根轨迹，老实说，这些内容在其他教材里我看了很多遍都没明白，但这本书里的插图和文字描述完美结合，让我仿佛看到了那些抽象的曲线在时域和频域中的舞蹈。最让我佩服的是，作者似乎非常了解高职学生的学习习惯，内容密度适中，既保证了专业深度，又不会因为信息量过载而让人产生畏难情绪。读完相关章节，我立刻就能明白为什么在调试PID控制器时，要关注超调量和调节时间了，这不再是死记硬背的参数，而是有着明确物理意义的控制目标。这本书的阅读体验，就像是有一位耐心且经验丰富的导师，时刻在你身边为你答疑解惑，让你在克服每一个技术难点时，都能感受到知识带来的美妙。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧质量也值得点赞。在如此厚重的专业教材中，能够做到图文排版如此清晰、重点突出，实属不易。特别是那些流程图和系统框图，线条干净利落，关键部分的标注清晰可见，这极大地减轻了长时间阅读带来的视觉疲劳。我注意到，许多关键公式和定理，都被特意用不同颜色的字体或者方框进行了强调，这对于我们这些需要反复复习和查阅的读者来说，简直是福音。而且，它在每章末尾设计的“知识回顾”和“思考与练习”部分，内容设计得非常精妙。思考题往往不只是简单的计算，而是引向对控制系统设计哲学层面的探讨，比如“在成本受限的情况下，你会选择什么样的控制策略？”这类问题，迫使我们从工程师的角度去权衡利弊。这些练习题的难度梯度设计得非常合理，从基础巩固到稍微需要综合运用知识点的应用题，一步步引导我们构建起完整的知识体系。这本书不只是教你知识点，它还在培养你的工程思维。

评分☆☆☆☆☆

这本《XXX》真是让我眼前一亮，简直是为我们这群初入职场，对自动化领域还是一知半解的“小白”量身定制的。它没有那种高高在上的理论说教，而是用非常接地气的方式，把复杂抽象的控制原理掰开了揉碎了讲。我记得最清楚的是它对反馈控制系统的阐述，简直是教科书级别的清晰。作者似乎深谙我们这些非科班出身读者的痛点，从生活中的例子入手，比如家里的恒温器、汽车的定速巡航，一下子就找到了共鸣点。然后才慢慢过渡到开环、闭环的区别，动态响应和稳态误差这些核心概念。我特别欣赏它在章节安排上的逻辑性，总能让人感觉每翻过一页，知识的版图就在脑子里清晰了一块，而不是一团乱麻。特别是那些仿真实例，配图和步骤说明都极其详尽，哪怕我只是一个初级技术员，也能跟着软件操作，跑出属于自己的模拟结果，那种“我搞懂了”的成就感，是单纯看书本理论绝对给不了的。这本书的价值不在于让你成为理论大师，而在于让你能快速上手，在实际工作中不至于两眼一抹黑，真正做到学以致用，这才是职业教育教材的精髓所在。

评分☆☆☆☆☆

我印象最深的是，这本书在讲述如何“调试”和“优化”一个实际系统时所展现出的那种务实精神。它没有把一个控制系统想象成一个完美无缺的数学模型，而是明确指出了实际工程中可能遇到的非线性、时间延迟、参数漂移等“不完美”因素。在讲解PID参数整定的时候，它不仅详细介绍了Ziegler-Nichols法这类经典方法，还着重强调了在实际生产线上，如何利用经验和观察，通过微调参数来快速稳定系统。这种对“现场经验”的重视，对于我们这些即将踏入工厂的学子来说，其价值无异于金子。它教会我们，控制理论是基础，但实际工程的智慧才是将理论转化为生产力的关键。这本书的编写者显然不是躲在象牙塔里写书的人，他们带着对制造业的深刻理解，把书本上的知识与车间里的噪音、设备的脾气都考虑进去了。这使得我们学习到的不仅仅是一门技术，更是一套解决复杂工程问题的思维框架，非常值得推荐给所有想成为合格电气自动化技术人才的同行们。

评分☆☆☆☆☆

对于我们这些未来要深入到生产线现场的专业学生来说，教材的光鲜亮丽和内容的可操作性同等重要。这本书在这方面做得尤为出色，完全没有脱离实际生产环境的空谈。它在介绍典型控制对象时，不仅仅停留在理论模型的建立，而是紧密结合了工业界常见的电机控制、温度控制等实际应用场景。我特别关注了关于系统辨识那一部分，它没有直接要求我们使用复杂的商业软件，而是提供了一套清晰的步骤，指导我们如何从实际采集的实验数据中，反推出系统的数学模型。这种“从实践中提炼理论，再用理论指导实践”的闭环设计，是其他偏重理论的教材所欠缺的。此外，这本书对现代控制理论的介绍也处理得恰到好处，没有铺天盖地的矩阵运算，而是侧重于状态空间法的基本思想和它在多变量控制中的优势。它成功地架起了经典控制与现代控制之间的桥梁，让我们可以带着对经典理论的理解，去欣赏更先进的控制思想，而不是被复杂的数学工具吓退。这是一本真正意义上的“工具书”，而非“陈列品”。