高職高專電氣自動化技術專業規劃教材 自動控製原理與係統 9787512300415 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王詩軍 著

圖書標籤:

• 自動控製原理
• 電氣自動化
• 高職高專
• 專業規劃教材
• 控製係統
• 自動化技術
• 電路分析
• 傳感器技術
• PID控製
• 模擬電路

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 中國電力齣版社

ISBN：9787512300415

商品編碼：29638523721

包裝：平裝

齣版時間：2010-01-01

基本信息

書名:高職高專電氣自動化技術專業規劃教材 自動控製原理與係統

定價：17.60元

售價：12.8元,便宜4.8元,摺扣72

作者:王詩軍

齣版社：中國電力齣版社

齣版日期：2010-01-01

ISBN：9787512300415

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.281kg

編輯推薦

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內容提要

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本書為高職高專電氣自動化技術專業規劃教材。
本書分為兩篇九章，上篇為自動控製原理部分，包括自動控製係統的基本概念、數學模型、自動控製的時域分析法和頻域分析法、自動控製係統的校正。下篇為自動控製係統部分，包括單閉環調速係統、轉速、電流雙閉環直流調速係統、可逆直流調速係統、直流脈寬調速係統。
本書可作為高職高專自動化類、電力技術類等專業自動控製原理與係統課程的教材，也可供相關工程技術人員參考。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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自動控製原理與係統：現代工業的基石與發展前沿 自動控製技術，作為一門研究如何使機械、電氣、信息等係統在無人乾預的情況下按照預定目標運行的科學，早已滲透到現代工業生産和日常生活的方方麵麵。從工廠裏精準運作的生産綫，到傢中舒適調節的空調，再到現代交通係統中高效運行的導航與駕駛輔助係統，自動控製的身影無處不在。它不僅是提升生産效率、保障産品質量的關鍵，更是實現智能化、自動化生産，推動社會進步的重要驅動力。 一、 自動控製係統的基本概念與構成 一個典型的自動控製係統，其核心在於“反饋”機製。簡單來說，它是指將係統的輸齣量（被控製量）經過測量，再與預設的目標值（給定值）進行比較，將兩者之間的偏差信號進行處理，並以此信號去控製係統的輸入（控製器），從而使輸齣量始終趨近於目標值，減小甚至消除偏差。這個過程就像一個人在行走時，眼睛不斷觀察腳下的路況，並根據看到的畫麵不斷調整身體的姿勢和步幅，以保持平衡和按照既定方嚮前進。 一個完整的自動控製係統通常由以下幾個基本組成部分構成： 控製器（Controller）： 這是係統的“大腦”，負責接收偏差信號，並根據預設的控製規律（如PID控製、模糊控製等）産生控製指令。它決定瞭係統如何響應外部乾擾和內部變化，是實現控製性能的關鍵。 執行器（Actuator）： 這是係統的“手臂”，接收控製器發齣的控製指令，並將其轉換為實際的物理作用，如改變電機轉速、閥門開度、加熱功率等，從而直接影響被控對象。執行器的選擇直接關係到係統的響應速度、精度和功率。 被控對象（Plant/Process）： 這是係統的“身體”，是需要被控製的物理實體或過程。例如，在溫度控製係統中，被控對象就是加熱爐或空調係統；在電機調速係統中，被控對象就是電機本身。被控對象的動態特性（如慣性、延遲、非綫性等）是設計控製器的重要依據。 傳感器（Sensor）： 這是係統的“感官”，用於測量被控對象的輸齣量，並將其轉換為電信號傳遞給控製器。傳感器的精度、靈敏度和響應速度直接影響控製係統的測量準確性和及時性。 比較器（Comparator）： 負責將傳感器的測量值與給定值進行比較，産生偏差信號。通常集成在控製器內部。 反饋通路（Feedback Path）： 將被控對象的輸齣信息（經過傳感器測量）傳遞迴控製器的通路。 根據反饋信號是否與係統輸齣同嚮，自動控製係統又可分為兩大類： 閉環控製係統（Closed-loop Control System）： 也稱為反饋控製係統。其核心特點是存在反饋通路，係統的輸齣量通過傳感器和反饋通路影響控製器的作用。閉環控製係統能夠有效地剋服外部乾擾和係統內部參數變化帶來的影響，具有高精度、高穩定性的優點，是現代自動控製的主流。 開環控製係統（Open-loop Control System）： 沒有反饋通路，控製器的作用僅由輸入信號決定，與係統的輸齣量無關。開環係統結構簡單，成本較低，但抗乾擾能力差，精度不高，隻能在係統特性已知且乾擾較小的情況下使用。例如，定時開關的電燈就是一種開環控製。 二、 自動控製係統的數學模型 要設計和分析一個自動控製係統，必須首先建立其數學模型，用數學語言描述係統的動態特性。常用的數學模型包括： 傳遞函數模型（Transfer Function Model）： 主要適用於綫性定常係統，描述的是係統輸入與輸齣之間的復頻域（拉普拉斯變換域）關係。傳遞函數能夠直觀地反映係統的動態特性，如延遲、慣性、振蕩等，是係統分析和控製器設計中最常用的模型。 狀態空間模型（State-space Model）： 適用於更廣泛的係統，包括綫性和非綫性、時變係統。它將係統的內部狀態變量及其變化率作為描述的基礎，可以更全麵地反映係統的內部動態。狀態空間模型在現代控製理論，尤其是在最優控製、估計理論和數字控製等方麵有著重要的應用。 微分方程模型（Differential Equation Model）： 基於物理定律（如牛頓定律、電路定律等）直接建立的描述係統變量隨時間變化的方程。微分方程是建立其他模型的基礎。 三、 自動控製係統的分析 建立數學模型後，需要對控製係統的性能進行分析，以評估其是否滿足設計要求。主要的分析內容包括： 時域分析（Time-domain Analysis）： 研究係統在典型輸入信號（如單位階躍信號、單位斜坡信號、單位脈衝信號）作用下的響應過程。通過分析係統的瞬態響應（如超調量、調節時間、上升時間）和穩態響應（如穩態誤差），來評價係統的動態性能和精度。 頻域分析（Frequency-domain Analysis）： 研究係統對不同頻率的正弦輸入信號的響應特性。通過繪製伯德圖（Bode Plot）、奈奎斯特圖（Nyquist Plot）等，可以直觀地瞭解係統的幅值響應和相角響應，從而分析係統的穩定性和動態性能。頻域分析尤其適用於評估係統的抗乾擾能力和噪聲抑製能力。 根軌跡分析（Root Locus Analysis）： 分析閉環係統極點（即閉環傳遞函數的特徵方程的根）隨控製器增益變化的軌跡。通過觀察根軌跡的位置，可以預測係統的穩定性、動態響應以及選擇閤適的控製器參數。 穩定性分析（Stability Analysis）： 評估係統在受到微小擾動後，其狀態是否會趨於發散。穩定是自動控製係統的基本要求，不穩定係統將導緻災難性的後果。常用的穩定性判據包括勞斯判據（Routh Criterion）、奈奎斯特判據（Nyquist Criterion）等。 四、 自動控製係統的設計 自動控製係統的設計目標是根據性能指標的要求，選擇閤適的控製器類型和參數，使係統能夠穩定、快速、準確地運行。主要的設計方法包括： PID 控製器設計（PID Controller Design）： PID（比例-積分-微分）控製器是最廣泛應用的控製器類型，其控製律結閤瞭比例、積分和微分三種作用。通過整定PID的三個參數（Kp、Ki、Kd），可以實現對係統響應速度、超調量和穩態誤差的有效控製。PID控製因其結構簡單、易於實現、魯棒性好等優點，在工業界有著極高的普及率。 狀態反饋控製設計（State Feedback Control Design）： 基於狀態空間模型，通過將係統的狀態變量進行綫性組閤來設計控製器。狀態反饋控製能夠實現任意配置閉環係統極點的目標，理論上可以獲得最優的控製性能，但需要測量所有狀態變量。 最優控製（Optimal Control）： 尋找最優的控製策略，使係統在滿足一定約束條件下，達到某種性能指標的最優值，例如最小化能量消耗、最小化響應時間等。動態規劃（Dynamic Programming）和龐特裏亞金最小化原理（Pontryagin's Minimum Principle）是求解最優控製問題的重要工具。 模糊控製（Fuzzy Control）： 適用於被控對象模型不精確或難以建立精確數學模型的情況。模糊控製利用人類的經驗和模糊邏輯來設計控製器，通過模糊化輸入量、模糊推理和解模糊等步驟實現控製。 自適應控製（Adaptive Control）： 當被控對象的參數發生變化時，自適應控製器能夠自動調整自身的參數，以維持係統的性能。 五、 自動控製係統在現代工業中的應用 自動控製技術是現代工業自動化的核心，其應用領域極為廣泛，深刻地改變著生産方式和效率： 工業過程控製（Industrial Process Control）： 這是自動控製技術應用最廣泛的領域。在石油化工、鋼鐵冶金、電力、製藥、食品加工等行業，自動控製係統被用於精確控製溫度、壓力、流量、液位、成分等關鍵工藝參數，確保生産過程的穩定、高效和安全。例如，煉油廠的裂化裝置、化工廠的反應釜、發電廠的鍋爐等都離不開復雜的自動控製係統。 製造自動化（Manufacturing Automation）： 機器人技術、數控機床、流水綫生産等都高度依賴自動控製技術。通過自動控製，機器能夠精確地執行重復性任務，大大提高瞭生産效率和産品的一緻性。例如，汽車製造中的焊接機器人、裝配機器人，以及電子産品生産中的SMT設備等。 交通運輸係統（Transportation Systems）： 現代交通係統已經高度智能化，自動控製技術發揮著至關重要的作用。自動駕駛技術、交通信號控製係統、列車自動運行係統（ATO）等，都能夠提高交通的效率、安全性和舒適性。飛機自動駕駛儀、船舶自動導航係統等也是自動控製的典型應用。 航空航天（Aerospace）： 飛行控製係統、姿態穩定係統、軌道控製係統等是確保航天器安全運行的關鍵。從火箭發射到衛星的精確變軌，再到載人飛船的著陸，每一個環節都離不開高精度、高可靠性的自動控製。 機器人技術（Robotics）： 機器人之所以能夠執行各種復雜的任務，正是因為其內部集成瞭先進的自動控製係統，包括運動控製、視覺伺服、力控等。 新能源與環保（New Energy and Environmental Protection）： 風力發電、太陽能發電係統的最大功率點跟蹤（MPPT），以及水處理、廢氣淨化等環保設備的運行，都依賴於自動控製技術來優化能源利用效率和減排效果。 樓宇自動化（Building Automation）： 智能傢居、中央空調、電梯係統、安防係統等，通過自動控製技術，提高瞭居住和工作的舒適性、安全性，並實現瞭能源的優化管理。 六、 自動控製係統的發展趨勢 隨著信息技術的飛速發展，自動控製係統正朝著更加智能化、網絡化、柔性化的方嚮發展： 人工智能在控製中的應用（AI in Control）： 機器學習、深度學習等人工智能技術正被廣泛應用於控製器的設計和優化，例如，通過神經網絡實現對復雜非綫性係統的建模和控製，利用強化學習進行最優策略的學習。 網絡化控製係統（Networked Control Systems, NCS）： 將傳感器、控製器和執行器通過通信網絡連接起來，可以實現分布式控製，提高係統的靈活性和可擴展性。但網絡延遲和丟包等問題也帶來瞭新的挑戰。 預測控製（Predictive Control）： 基於被控對象的模型，預測未來一段時間內的係統行為，並根據預測結果優化控製策略。模型預測控製（MPC）在復雜工業過程控製中展現齣強大的優勢。 自主係統（Autonomous Systems）： 能夠自主感知環境、做齣決策並執行任務的係統，如無人機、自主機器人、自動駕駛汽車等，是自動控製技術發展的終極目標之一。 人機協作（Human-Robot Collaboration）： 未來，自動控製係統將更多地與人類協同工作，實現人與機器的優勢互補。 總而言之，自動控製原理與係統是一門既古老又充滿活力的學科。它為現代工業的發展提供瞭堅實的技術支撐，並不斷推動著社會嚮著更智能、更高效、更美好的未來邁進。對這門學科的深入理解和掌握，對於電氣自動化技術專業的學生來說，是掌握核心技能、應對未來挑戰的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

我印象最深的是，這本書在講述如何“調試”和“優化”一個實際係統時所展現齣的那種務實精神。它沒有把一個控製係統想象成一個完美無缺的數學模型，而是明確指齣瞭實際工程中可能遇到的非綫性、時間延遲、參數漂移等“不完美”因素。在講解PID參數整定的時候，它不僅詳細介紹瞭Ziegler-Nichols法這類經典方法，還著重強調瞭在實際生産綫上，如何利用經驗和觀察，通過微調參數來快速穩定係統。這種對“現場經驗”的重視，對於我們這些即將踏入工廠的學子來說，其價值無異於金子。它教會我們，控製理論是基礎，但實際工程的智慧纔是將理論轉化為生産力的關鍵。這本書的編寫者顯然不是躲在象牙塔裏寫書的人，他們帶著對製造業的深刻理解，把書本上的知識與車間裏的噪音、設備的脾氣都考慮進去瞭。這使得我們學習到的不僅僅是一門技術，更是一套解決復雜工程問題的思維框架，非常值得推薦給所有想成為閤格電氣自動化技術人纔的同行們。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我以前對“自動控製原理”這幾個字是本能抗拒的，感覺那玩意兒就是數學公式的海洋，深不可測。但是拿到這本《XXX》後，我的看法徹底改變瞭。它在講解傳遞函數和頻率特性時，那種循序漸進的節奏感把握得太到位瞭。它沒有一開始就拋齣拉普拉斯變換的復雜性，而是先用一個非常形象的“係統模型”來引導我們理解“輸入”如何影響“輸齣”，就像是在看一個精密的儀器是如何運作的。接著，它會用非常直觀的圖示來解釋波特圖和根軌跡，老實說，這些內容在其他教材裏我看瞭很多遍都沒明白，但這本書裏的插圖和文字描述完美結閤，讓我仿佛看到瞭那些抽象的麯綫在時域和頻域中的舞蹈。最讓我佩服的是，作者似乎非常瞭解高職學生的學習習慣，內容密度適中，既保證瞭專業深度，又不會因為信息量過載而讓人産生畏難情緒。讀完相關章節，我立刻就能明白為什麼在調試PID控製器時，要關注超調量和調節時間瞭，這不再是死記硬背的參數，而是有著明確物理意義的控製目標。這本書的閱讀體驗，就像是有一位耐心且經驗豐富的導師，時刻在你身邊為你答疑解惑，讓你在剋服每一個技術難點時，都能感受到知識帶來的美妙。

評分☆☆☆☆☆

這本《XXX》真是讓我眼前一亮，簡直是為我們這群初入職場，對自動化領域還是一知半解的“小白”量身定製的。它沒有那種高高在上的理論說教，而是用非常接地氣的方式，把復雜抽象的控製原理掰開瞭揉碎瞭講。我記得最清楚的是它對反饋控製係統的闡述，簡直是教科書級彆的清晰。作者似乎深諳我們這些非科班齣身讀者的痛點，從生活中的例子入手，比如傢裏的恒溫器、汽車的定速巡航，一下子就找到瞭共鳴點。然後纔慢慢過渡到開環、閉環的區彆，動態響應和穩態誤差這些核心概念。我特彆欣賞它在章節安排上的邏輯性，總能讓人感覺每翻過一頁，知識的版圖就在腦子裏清晰瞭一塊，而不是一團亂麻。特彆是那些仿真實例，配圖和步驟說明都極其詳盡，哪怕我隻是一個初級技術員，也能跟著軟件操作，跑齣屬於自己的模擬結果，那種“我搞懂瞭”的成就感，是單純看書本理論絕對給不瞭的。這本書的價值不在於讓你成為理論大師，而在於讓你能快速上手，在實際工作中不至於兩眼一抹黑，真正做到學以緻用，這纔是職業教育教材的精髓所在。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和裝幀質量也值得點贊。在如此厚重的專業教材中，能夠做到圖文排版如此清晰、重點突齣，實屬不易。特彆是那些流程圖和係統框圖，綫條乾淨利落，關鍵部分的標注清晰可見，這極大地減輕瞭長時間閱讀帶來的視覺疲勞。我注意到，許多關鍵公式和定理，都被特意用不同顔色的字體或者方框進行瞭強調，這對於我們這些需要反復復習和查閱的讀者來說，簡直是福音。而且，它在每章末尾設計的“知識迴顧”和“思考與練習”部分，內容設計得非常精妙。思考題往往不隻是簡單的計算，而是引嚮對控製係統設計哲學層麵的探討，比如“在成本受限的情況下，你會選擇什麼樣的控製策略？”這類問題，迫使我們從工程師的角度去權衡利弊。這些練習題的難度梯度設計得非常閤理，從基礎鞏固到稍微需要綜閤運用知識點的應用題，一步步引導我們構建起完整的知識體係。這本書不隻是教你知識點，它還在培養你的工程思維。

評分☆☆☆☆☆

對於我們這些未來要深入到生産綫現場的專業學生來說，教材的光鮮亮麗和內容的可操作性同等重要。這本書在這方麵做得尤為齣色，完全沒有脫離實際生産環境的空談。它在介紹典型控製對象時，不僅僅停留在理論模型的建立，而是緊密結閤瞭工業界常見的電機控製、溫度控製等實際應用場景。我特彆關注瞭關於係統辨識那一部分，它沒有直接要求我們使用復雜的商業軟件，而是提供瞭一套清晰的步驟，指導我們如何從實際采集的實驗數據中，反推齣係統的數學模型。這種“從實踐中提煉理論，再用理論指導實踐”的閉環設計，是其他偏重理論的教材所欠缺的。此外，這本書對現代控製理論的介紹也處理得恰到好處，沒有鋪天蓋地的矩陣運算，而是側重於狀態空間法的基本思想和它在多變量控製中的優勢。它成功地架起瞭經典控製與現代控製之間的橋梁，讓我們可以帶著對經典理論的理解，去欣賞更先進的控製思想，而不是被復雜的數學工具嚇退。這是一本真正意義上的“工具書”，而非“陳列品”。