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 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： 炫麗之舞圖書專營店

齣版社： 中國電力齣版社

ISBN：9787512300415

商品編碼：29657979076

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

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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課程背景與價值 在當今工業自動化飛速發展的時代，電氣自動化技術作為核心驅動力，其重要性日益凸顯。現代工業生産的精細化、智能化和柔性化，無不依賴於先進的自動控製理論和係統。從傳統的流程控製到復雜的機器人協作，再到智能製造的車間調度，自動控製技術貫穿於工業生産的每一個環節，是提升生産效率、保障産品質量、降低運行成本的關鍵。 電氣自動化技術專業的學生，掌握自動控製原理與係統，不僅是理解和操作自動化設備的基礎，更是未來進行係統設計、優化和創新的必備知識。本課程旨在為學生打下堅實的理論基礎，培養分析和解決實際自動化問題的能力，使其能夠勝任自動化工程師、係統集成工程師、技術支持工程師等多種崗位。 課程內容深度解析 本課程深入探討瞭自動控製的基本概念、理論方法和工程應用，力求構建一個係統、完整、邏輯清晰的學習框架。 第一部分：自動控製係統基礎 自動控製概述： 定義與分類： 詳細闡述自動控製的概念，區分開環控製與閉環控製，分析兩者的優缺點及其適用場景。例如，開環控製簡單易實現，但精度受乾擾影響大，適用於工藝穩定、對精度要求不高的場景；閉環控製通過反饋機製，能有效剋服擾動，提高控製精度，是現代自動化係統的主流。 基本組成： 剖析典型自動控製係統的組成部分，包括控製器、被控對象、傳感器、執行器以及信號傳輸環節。通過實際案例（如空調溫度控製），直觀展示各部分的功能和相互作用。 性能指標： 引入對自動控製係統性能進行量化評估的各項指標，如穩定性、準確性、快速性、魯棒性等。深入講解靜態性能指標（如穩態誤差）和動態性能指標（如超調量、調節時間），並分析不同指標之間的權衡關係。 係統建模： 綫性係統與非綫性係統： 區分綫性係統與非綫性係統的特點，並說明為何在初級階段通常以綫性係統為主要研究對象。 數學模型： 重點介紹幾種常用的係統數學模型，包括： 傳遞函數： 詳細講解傳遞函數的概念、建立方法（拉普拉斯變換法）及其在描述動態特性中的作用。通過一階、二階係統的傳遞函數分析，展示其物理意義。 微分方程： 介紹如何從物理規律（如牛頓定律、基爾霍夫定律）齣發，建立係統的微分方程模型，並闡述微分方程與傳遞函數之間的轉換關係。 係統框圖與信號流圖： 教授如何繪製係統框圖和信號流圖，以直觀展示係統的結構和信號的流轉，並介紹簡化這些圖的方法（如梅遜公式），為後續分析打下基礎。 典型環節的數學模型： 深入解析比例（P）、積分（I）、微分（D）控製器，慣性環節、振蕩環節、積分環節等基本控製環節的數學模型，分析它們各自的動態特性和在控製係統中的作用。 第二部分：綫性係統時域分析 瞬態響應分析： 典型輸入信號： 介紹階躍信號、斜坡信號、脈衝信號等典型輸入信號，並分析係統在這些信號作用下的輸齣響應。 時域性能指標： 結閤具體係統模型，詳細計算和分析上升時間、達到時間、超調量、調節時間等時域性能指標，並解釋它們對係統性能的影響。例如，介紹如何通過調整控製器參數來優化這些指標。 穩定性判據： 勞斯判據： 詳細闡述勞斯判據的原理和計算步驟，講解如何利用該判據判斷綫性係統的穩定性，並分析臨界穩定情況。 根軌跡法： 介紹根軌跡法的基本概念，包括根軌跡的繪製規則，以及根軌跡在s平麵上的位置與係統穩定性的關係。通過根軌跡圖，可以直觀地瞭解係統參數變化對係統穩定性和動態性能的影響。 穩態分析： 穩態誤差： 分析係統在單位階躍、單位斜坡、單位加速度等輸入信號作用下的穩態誤差。 靜差係數： 引入位置靜差係數、速度靜差係數、加速度靜差係數的概念，並闡述它們與係統類型之間的關係，以及如何通過改變係統類型來減小穩態誤差。 第三部分：綫性係統頻域分析 頻率響應： 幅頻特性與相頻特性： 講解頻率響應的概念，即係統輸齣信號頻率與輸入信號頻率相同時的幅值和相位的變化關係。 伯德圖（Bode圖）： 詳細介紹伯德圖的繪製方法和解讀技巧，包括幅頻特性麯綫和相頻特性麯綫。通過伯德圖，可以直觀地分析係統的頻率特性，如帶寬、截止頻率等。 奈奎斯特圖（Nyquist圖）： 介紹奈奎斯特穩定判據的原理，並通過繪製奈奎斯特圖來判斷係統的穩定性。 穩定性和性能的頻域判據： 幅值裕度和相角裕度： 解釋幅值裕度和相角裕度的概念，它們是衡量係統穩定性的重要指標，並且與伯德圖中的穿越頻率和相角餘量直接相關。 增益裕度和相位裕度： 進一步闡述增益裕度和相位裕度在判斷係統穩定性時的作用，以及它們與係統動態響應之間的聯係。 係統設計與校正（頻域法）： 串聯校正與反饋校正： 介紹兩種常見的校正方法。 PID控製器設計（頻域）： 結閤頻域分析方法，講解如何設計PID控製器以改善係統的動態性能和穩定性。 第四部分：狀態空間分析方法 狀態空間方程： 概念與建立： 介紹現代控製理論的核心——狀態空間方法。詳細講解狀態嚮量、狀態方程和輸齣方程的概念，以及如何從微分方程或傳遞函數模型轉換為狀態空間模型。 綫性定常係統的狀態方程： 重點關注綫性時不變係統（LTI）的狀態空間錶示。 可控性與可觀測性： 定義與判據： 深入分析係統的可控性（能否通過控製輸入使係統達到任意狀態）和可觀測性（能否通過測量輸齣來推斷係統的內部狀態）。介紹判彆可控性和可觀測性的代數判據。 工程意義： 闡述可控性與可觀測性在係統設計與分析中的重要性，例如，可控性是設計狀態反饋控製器的前提，可觀測性是設計狀態觀測器的基礎。 狀態反饋與狀態觀測器： 狀態反饋控製： 講解如何利用狀態反饋來改變係統的閉環極點位置，從而達到期望的係統性能。 狀態觀測器設計： 介紹狀態觀測器的作用（估計不可測狀態），並講解其設計方法，例如，李雅普諾夫穩定定理在狀態觀測器設計中的應用。 第五部分：非綫性控製係統簡介 非綫性係統的特點： 綫性係統與非綫性係統的本質區彆： 探討疊加原理在非綫性係統中的失效，以及非綫性係統可能齣現的特殊現象，如極限環、跳躍現象等。 常見非綫性環節： 介紹飽和、死區、繼電器（滯迴）等典型非綫性環節的數學模型及其對係統行為的影響。 非綫性係統分析的基本方法： 相平麵法： 介紹相平麵法的基本原理，通過繪製相軌跡來分析二階非綫性係統的動態行為，特彆是在識彆極限環方麵的應用。 李雅普諾夫穩定性理論： 介紹李雅普諾夫第一方法（直接法）和第二方法（間接法）的基本思想，以及如何利用李雅普諾夫函數來判斷非綫性係統的穩定性，這是分析非綫性係統穩定性的最重要和最通用的方法。 常見非綫性控製策略簡介： 簡要介紹一些常用的非綫性控製方法，如PID控製在非綫性係統中的應用局限性，以及滑模控製、模糊控製、神經網絡控製等更高級的控製策略的思想和應用方嚮。 第六部分：數字控製係統基礎 數字控製係統概述： 組成與特點： 介紹數字控製係統的基本組成，包括采樣器、保持器、數字控製器、A/D轉換器和D/A轉換器，以及其與模擬控製係統的區彆和優勢（精度高、易於實現復雜算法、靈活性強）。 采樣定理： 深入講解奈奎斯特采樣定理，明確采樣頻率與信號帶寬的關係，以及避免混疊失真的重要性。 離散係統數學模型： Z變換： 介紹Z變換及其性質，它是分析離散時間信號和係統的基本數學工具，類似於拉普拉斯變換在連續係統中的作用。 離散傳遞函數： 講解如何通過Z變換將連續時間係統轉換為離散時間係統，並推導齣離散傳遞函數。 脈衝離散化： 介紹如何對連續係統進行脈衝采樣和離散化，得到其在離散時間點上的數學模型。 離散係統時域與頻域分析： 離散係統穩定性判據： 講解 Jury判據等用於判斷離散係統穩定性的方法。 脈衝響應： 分析離散係統在單位脈衝輸入下的響應。 數字PID控製器設計： 位置式與增量式PID： 介紹兩種常用的數字PID控製器實現方式。 離散化設計方法： 結閤Z變換等工具，講解如何將連續PID控製器轉換為數字PID控製器。 第七部分：典型自動控製係統工程應用 PID控製器應用： 參數整定方法： 詳細介紹多種PID參數整定方法，包括手動整定法、經驗整定法（如試湊法、響應麯綫法）、理論整定法（如臨界比例法、衰減法）、以及基於優化的整定方法（如遺傳算法、粒子群算法在PID參數優化中的應用）。 實際工程中的應用： 通過溫度控製、液位控製、速度控製等實例，講解PID控製器在實際工業場景中的應用，以及如何根據實際工況進行參數調整和優化。 伺服係統與步進電機控製： 伺服係統原理： 介紹伺服係統的組成、工作原理（位置閉環、速度閉環），及其在高精度運動控製中的應用。 步進電機控製： 講解步進電機的驅動方式、控製信號生成，以及其在定位控製中的特點和應用。 PLC在自動控製係統中的應用： PLC基礎： 介紹可編程邏輯控製器（PLC）的基本結構、工作原理、編程語言（如梯形圖、指令錶、順序功能圖等）。 PLC控製邏輯設計： 講解如何利用PLC實現順序控製、邏輯控製、PID控製等，以及PLC在工業自動化中的廣泛應用。 其他先進控製技術簡介： 簡要介紹模糊控製、神經網絡控製、自適應控製、模型預測控製等更先進的控製策略，以及它們在解決復雜自動化問題中的潛力。 實踐性環節 實驗教學： 仿真實驗： 利用Matlab/Simulink等仿真軟件，搭建各種自動控製係統模型，進行仿真分析，驗證理論知識，如階躍響應、頻率響應仿真，根軌跡與伯德圖分析。 硬件實驗： 結閤實物平颱，如基於單片機或PLC的控製係統實驗颱，進行實際的傳感器信號采集、執行器控製、PID參數整定等操作，加深對自動控製原理的理解。 課程設計： 小型項目： 設計並實現一個簡單的自動控製係統，例如，一個DIY的智能小車循跡係統，一個簡單的溫濕度自動調節裝置。 綜閤性項目： 針對某一實際工業控製問題，進行係統分析、方案設計、模型建立、控製器設計、仿真驗證，甚至簡單硬件實現，培養學生綜閤運用所學知識解決實際工程問題的能力。 總結 本課程是一門集理論性、係統性和實踐性於一體的專業核心課程。通過對自動控製係統原理的深入剖析，以及對經典與現代控製技術的廣泛介紹，旨在培養學生紮實的理論功底、敏銳的分析能力和解決復雜工程問題的綜閤素質，為他們在自動化技術領域的發展奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和設計實在令人眼前一亮，簡直是教科書界的“清流”。封麵設計簡約而不失專業感，色彩搭配沉穩大氣，讓人一上手就覺得內容肯定紮實。內頁的紙張質量相當不錯，印刷清晰銳利，字跡邊緣沒有一點拖遝的毛病，即便是長時間閱讀，眼睛也不會感到明顯的疲勞。更值得稱贊的是，編排邏輯極為清晰流暢。章節間的過渡自然，知識點的層層遞進設計得非常巧妙，讓你感覺自己不是在硬啃理論，而是在一步步構建起一個完整的知識體係。特彆是那些復雜的數學公式，處理得非常乾淨利落，注釋也恰到好處，使得枯燥的公式推導過程也變得相對易懂。這種對細節的極緻追求，體現瞭編者深厚的教學功底和對讀者的體貼入微，對於需要反復翻閱參考的工具書來說，這種優秀的物理形態本身就是一種極大的加分項。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我欣賞的一點，是它在理論與實踐的銜接上做得相當齣色。我們都知道，很多教材要麼過於偏重理論的學院派，要麼又淪為簡單的操作手冊，難以找到一個平衡點。但這本書顯然找到瞭那個黃金分割點。在講解瞭例如PID控製器的設計原理之後，緊接著就會齣現一個詳細的、可操作的案例分析，圖文並茂地展示瞭如何將理論參數轉化為實際的工程設置。這些案例的選取都非常貼近工業現場的常見問題，而不是那種脫離實際的“玩具係統”。此外，書中對於一些典型控製元件的工作特性描述也十分到位，比如如何從物理特性反推控製器的參數設定，這種“知其所以然”的講解方式，極大地增強瞭我們解決實際工程問題的能力和信心。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗上，這本書最大的特點就是它的“自洽性”和“友好度”。它采用瞭一種非常鼓勵自主學習的敘事方式，即便是初次接觸控製理論的人，隻要願意投入精力，也能跟隨作者的思路一路走下去。書中幾乎沒有齣現那種突然拋齣一個概念讓你去查閱其他資料纔能理解的“斷層”。每一個新的術語、每一個新的定理，幾乎都在前文或腳注中得到瞭充分的鋪墊和解釋。更重要的是，它並沒有使用過於晦澀難懂的學術“黑話”，語言錶達直白有力，避免瞭不必要的修飾，使得閱讀過程既高效又舒適。這對於高職院校的學生群體來說，無疑是一本極佳的自學輔助材料，極大地降低瞭學習自動控製這門“攔路虎”課程的心理門檻。

評分☆☆☆☆☆

從教學內容的廣度和前沿性來看，這本書展現瞭極強的時代感和前瞻性。它不僅僅停留在經典的經典控製理論層麵，對於一些與現代工業自動化緊密相關的概念也有所涉獵，雖然可能隻是點到為止，但為我們指明瞭後續學習的方嚮。例如，書中對數字控製係統的基本架構、采樣保持器的作用，以及引入離散化概念時的闡述，都非常符閤當前智能製造對自動化人纔的需求趨勢。對於我們這些緻力於未來進入自動化生産綫的學生來說，能夠提前接觸到這些“新名詞”並建立初步認知，無疑是搶占瞭先機。這本書的編寫者顯然是緊跟行業發展的，確保瞭教材內容的“保鮮期”更長久，不會很快就被淘汰。

評分☆☆☆☆☆

我必須得說，這本書在理論深度上處理得極其到位，絕非那種浮於錶麵的“入門讀物”。它並沒有滿足於僅僅介紹基本概念，而是深入剖析瞭自動控製係統的核心數學模型和其背後的物理意義。特彆是關於傳遞函數、狀態空間錶示法的闡述，邏輯鏈條完整且嚴密，每一步的推導都經得起推敲，讓我這個在其他教材上常常感到睏惑的讀者，終於有種豁然開朗的感覺。作者似乎非常清楚高職高專學生在理論基礎上的潛在薄弱點，因此在處理像拉普拉斯變換、傅裏葉分析這類基礎工具時，都用瞭非常貼近實際工程的視角去講解，而不是純粹的數學抽象。讀完關於係統穩定性分析的那幾章，我感覺自己對根軌跡和奈奎斯特判據的理解上升到瞭一個全新的高度，這對於後續學習現代控製理論打下瞭堅實的基礎。