自動控製原理知識要點及典型習題詳解(李書臣) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李書臣 著

圖書標籤:

• 自動控製原理
• 控製理論
• 李書臣
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• 習題詳解
• 電氣工程
• 自動化
• 經典控製
• 控製係統
• 大學教材

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齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122120380

商品編碼：29666644846

包裝：平裝

齣版時間：2011-10-01

基本信息

書名：自動控製原理知識要點及典型習題詳解(李書臣)

定價：28.00元

作者：李書臣

齣版社：化學工業齣版社

齣版日期：2011-10-01

ISBN：9787122120380

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.359kg

編輯推薦

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李書臣主編的本書共9章。章介紹瞭自動控製係統常用的術語和概念，並給齣瞭從控製係統到方框圖轉換的多個實例分析。第2章介紹瞭數學模型的概念，並重點對傳遞函數分析和方框圖、梅遜公式的數學模型簡化方法進行瞭詳細討論。第3章介紹瞭綫性係統的時域分析方法，並重點對係統的穩定性、快速性、準確性分析方法做瞭討論。第4章介紹瞭係統的根軌跡方法，對根軌跡作圖及分析係統性能做瞭討論。第5章介紹瞭頻率響應法，重點講解瞭頻率特性作圖、分析方法，並且給齣瞭截止頻率、相位裕量的計算方法。第6章介紹瞭綫性係統的校正方法，涉及串聯頻率法校正，給齣瞭校正網絡設計方法和穩定裕量驗算方法。第7章介紹瞭有關采樣控製係統的計算問題。第8章介紹瞭非綫性係統的描述函數和相平麵分析法。第9章介紹瞭綫性係統的可控性、可觀測性、穩定性、實現、極點配置等內容。　　本書選材力求內容全麵、分析透徹,例題具有的代錶性，並且給齣多種解法，幫助讀者分析*簡單的解題步驟。特彆推薦：本書配套教材為 《自動控製原理(王永驥)(二版)》

內容提要

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　　本書包括現在通行的“自動控製原理”課程的基本內容，本書分9章，每一章都列齣該章整體的知識結構圖，並列齣重點和難點以及基本要求，然後進行典型例題講解，講明知識考查點，後是測試題，題型有填空題、單選題、簡答題、綜閤計算題等，學生可以自本書主要供自動化及相關專業的本科生正常上課時同步學習和期末考試復習使用，也可以作為研究生入學考試復習用書。

目錄

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1 自動控製的一般概念
1.1 知識要點
1.1.1 知識結構圖
1.1.2 知識重點
1.1.3 知識難點
1.1.4 基本要求
1.2 典型習題詳解
1.3 測試題及答案

2 自動控製係統的數學模型
2.1 知識要點
2.1.1 知識結構圖
2.1.2 知識重點
2.1.3 知識難點
2.1.4 基本要求
2.2 典型習題詳解
2.3 測試題及答案

3 控製係統的時域分析法
3.1 知識要點
3.1.1 知識結構圖
3.1.2 知識重點
3.1.3 知識難點
3.1.4 基本要求
3.2 典型習題詳解
3.3 測試題及答案

4 根軌跡法
4.1 知識要點
4.1.1 知識結構圖
4.1.2 知識重點
4.1.3 知識難點
4.1.4 基本要求
4.2 典型習題詳解
4.3 測試題及答案

5 頻率響應法
5.1 知識要點
5.1.1 知識結構圖
5.1.2 知識重點
5.1.3 知識難點
5.1.4 基本要求
5.2 典型習題詳解
5.3 測試題及答案

6 綫性係統的校正方法
6.1 知識要點
6.1.1 知識結構圖
6.1.2 知識重點
6.1.3 知識難點
6.1.4 基本要求
6.2 典型習題詳解
6.3 測試題及答案

7 采樣係統理論
7.1 知識要點
7.1.1 知識結構圖
7.1.2 知識重點
7.1.3 知識難點
7.1.4 基本要求
7.2 典型習題詳解
7.3 測試題及答案

8 非綫性係統分析法
8.1 知識要點
8.1.1 知識結構圖
8.1.2 知識重點
8.1.3 知識難點
8.1.4 基本要求
8.2 典型習題詳解
8.3 測試題及答案

9 狀態空間分析法
9.1 知識要點
9.1.1 知識結構圖
9.1.2 知識重點
9.1.3 知識難點
9.1.4 基本要求
9.2 典型習題詳解
9.3 測試題及答案
參考文獻

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》是自動控製領域的一本經典著作，係統地闡述瞭自動控製係統的基本理論、分析方法和設計技術。本書深入淺齣，條理清晰，既有紮實的理論基礎，又貼近實際工程應用，是學習和研究自動控製的理想教材。 第一部分 自動控製係統基礎 1. 自動控製係統的基本概念與組成 定義與分類： 什麼是自動控製？它在現代科技和生産中的作用是什麼？自動控製係統按信號性質可分為連續係統和離散係統，按係統結構可分為開環係統和閉環係統。 閉環控製的優勢： 為什麼閉環控製比開環控製更具優勢？（例如，抵抗擾動、提高精度、消除模型不確定性等） 基本組成部分： 一個典型的閉環控製係統由哪些環節組成？（被控對象、傳感器、控製器、執行器、比較器/控製器等）它們各自的功能和作用是什麼？ 框圖錶示： 如何用框圖來直觀地錶示自動控製係統的結構和信號流？（前嚮通路、反饋通路、負反饋、正反饋） 2. 自動控製係統的數學模型 模型的重要性： 為什麼我們需要對自動控製係統建立數學模型？數學模型在分析和設計中的作用是什麼？ 動態係統的描述： 如何描述一個係統的動態特性？ 微分方程： 綫性定常係統的基本描述方式，如何從物理原理（如牛頓第二定律、電路定律、質量-彈簧-阻尼係統等）推導微分方程？ 傳遞函數： 拉普拉斯變換在係統建模中的作用。什麼是傳遞函數？它如何反映係統的輸入輸齣關係？傳遞函數的性質和局限性。 零輸入響應與零狀態響應： 傳遞函數如何與係統的響應聯係起來？ 框圖代數： 如何利用傳遞函數對復雜係統的框圖進行簡化和運算？（串聯、並聯、反饋等） 常見係統的模型： 機械係統： 質量-彈簧-阻尼係統、鏇轉係統（電機、齒輪傳動等）的建模。 電氣係統： RC電路、RL電路、RLC電路、電機（直流電機、交流電機）的建模。 液壓/氣動係統： 簡單液壓缸、液壓馬達的建模。 熱係統： 簡單加熱爐的建模。 係統類型： 什麼是慣性環節、振蕩環節、比例環節、積分環節、微分環節？它們的傳遞函數形式和時域響應特性。 傳遞函數與係統結構： 如何根據係統結構確定傳遞函數？（例如，串聯、並聯、反饋結構） 3. 時域分析 單位階躍響應： 為什麼單位階躍響應是分析係統動態性能的重要手段？ 暫態響應指標： 延遲時間（td）： 信號達到目標值一半所需的時間。 上升時間（tr）： 信號從10%上升到90%（或20%到80%）所需的時間，反映瞭係統的響應速度。 達到時間（ts）： 信號首次達到穩態值並維持在穩態值一定範圍內（如±2%或±5%）所需的時間，反映瞭係統的快慢。 峰值時間（tp）： 信號第一次達到峰值所需的時間。 超調量（σ%）： 峰值與穩態值之差占穩態值的百分比，反映瞭係統的振蕩程度。 調整時間（ts）： （與達到時間相似，強調進入穩態的持續時間） 穩態誤差： 定義： 係統在輸入信號作用下，經過長時間後輸齣信號與輸入信號之間的差值。 係統類型： 什麼是係統類型（Type 0, Type 1, Type 2等）？係統類型如何影響穩態誤差？ 靜態誤差係數： 位置誤差係數Kp、速度誤差係數Kv、加速度誤差係數Ka。它們與係統類型和傳遞函數的關係，以及如何評價係統的穩態精度。 一階係統和二階係統的時域響應： 一階係統： 時間常數τ對響應速度和超調量的影響。 二階係統： 阻尼比ζ和無阻尼自然頻率ωn對響應特性的影響。不同的阻尼比（欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼、無阻尼）對應的響應麯綫形狀。 更復雜係統的時域分析： 如何通過分解、近似等方法分析高階係統的時域響應？ 第二部分 自動控製係統的穩定性分析 1. 穩定性概念 定義： 什麼是穩定性？（有界輸入有界輸齣 BIBO穩定性，或稱外部穩定性；以及內部穩定性，即所有模態都是指數衰減的） 不穩定性： 不穩定係統的危害性。 臨界穩定性： 振蕩係統。 2. 特徵方程與極點 特徵方程： 什麼是係統的特徵方程？它與係統的閉環傳遞函數有什麼關係？ 係統極點： 什麼是係統的極點？它們是特徵方程的根。 極點位置與穩定性： 極點在s平麵上的位置如何決定係統的穩定性？ 左半平麵： 穩定。 虛軸上： 臨界穩定（若無重根）。 右半平麵： 不穩定。 虛軸上的重根： 不穩定。 3. 勞斯穩定性判據 原理： 如何利用勞斯錶（Routh array）來判斷特徵方程的根在s平麵上的分布，從而判斷係統的穩定性？ 勞斯錶的構建： 具體步驟和係數的計算方法。 特殊情況： 勞斯錶中齣現零行或某列元素為零時如何處理？ 穩定性判斷： 根據勞斯錶中第一列元素的符號來判斷穩定性。 界限穩定性： 如何確定臨界穩定時的參數範圍？ 4. 根軌跡法 根軌跡概念： 什麼是根軌跡？它描述瞭係統閉環極點隨開環增益k（或其他參數）變化的軌跡。 根軌跡方程： 如何構建根軌跡方程？（1 + KG(s)H(s) = 0） 繪製根軌跡的基本法則： 起止點： 根軌跡起點在開環零點，終點在開環極點。 實軸對稱性： 根軌跡對稱於實軸。 漸近綫： 當k趨於無窮大時，根軌跡的漸近綫。 與虛軸的交點： 根軌跡與虛軸的交點決定瞭係統的臨界穩定性。 轉摺點： 根軌跡改變方嚮的點。 分支數： 根軌跡的分支數等於閉環極點的個數。 根軌跡圖的意義： 如何通過根軌跡圖分析係統參數變化對穩定性和動態性能的影響？確定係統的穩定區域和性能區域。 5. 奈奎斯特穩定判據 開環頻率特性： 什麼是開環頻率特性？（Nyquist圖） 奈奎斯特圖： 如何繪製開環傳遞函數 G(jω)H(jω) 的奈奎斯特圖？ 奈奎斯特穩定判據： 如何利用奈奎斯特圖的特性（ encirclements of the -1 point）來判斷閉環係統的穩定性？（N = P - Z） 幅值裕度和相角裕度： 定義： 幅值裕度（AM）和相角裕度（PM）。 意義： 它們是衡量係統穩定性的重要指標，反映瞭係統抵抗參數變化或擾動的能力。 6. 伯德圖（Bode Diagram） 幅頻特性與相頻特性： 幅頻特性（模值隨頻率變化的麯綫）和相頻特性（相位角隨頻率變化的麯綫）。 伯德圖的繪製： 如何用對數坐標繪製幅頻特性和相頻特性麯綫？（常用環節的伯德圖） 伯德圖的意義： 穩定性分析： 利用伯德圖可以直觀地分析係統的幅值裕度和相角裕度，從而判斷係統的穩定性。 動態性能評估： 伯德圖可以大緻預測係統的動態性能（如上升時間、超調量等）。 串聯校正： 伯德圖是進行係統校正設計的重要工具。 第三部分 自動控製係統的性能分析與校正 1. 性能指標 穩定性指標： （已在第二部分詳述，如極點位置、勞斯判據、奈奎斯特判據、根軌跡、幅值裕度和相角裕度） 動態性能指標： （已在第一部分詳述，如超調量、上升時間、調整時間等） 穩態性能指標： （已在第一部分詳述，如穩態誤差，與係統類型和靜態誤差係數相關） 2. PID 控製器 比例（P）控製： 作用，優點，缺點（穩態誤差）。 積分（I）控製： 作用（消除穩態誤差），優點，缺點（降低穩定性，增大超調量）。 微分（D）控製： 作用（超前，改善動態性能，減小超調量），優點，缺點（放大噪聲）。 PID 控製器： P、I、D三部分的組閤，萬能控製器。 PID 參數整定方法： 經驗整定法： 如Ziegler-Nichols方法（臨界比例法、延時區法）。 理論整定法： 基於模型參數的整定。 試湊法： 逐步調整參數。 3. 串聯校正（前嚮通路校正） 目的： 改善係統的動態性能和穩定性。 常用校正裝置： 比例-積分（PI）控製器： 提高係統類型，消除穩態誤差，可能降低係統穩定性。 比例-微分（PD）控製器： 改善動態性能，減小超調量，提高係統穩定性。 比例-積分-微分（PID）控製器： 綜閤 P、I、D 的優點。 超前校正裝置： 傳遞函數形式（如Ka(1+Ts)/(1+aTs)，a<1）。作用是改善係統的相位特性，提高係統穩定性（增加相角裕度）。 滯後校正裝置： 傳遞函數形式（如Ka(1+Ts)/(1+aTs)，a>1）。作用是改善係統的低頻特性，提高穩態精度，但可能降低係統帶寬。 超前-滯後校正裝置： 結閤兩者的優點。 校正設計方法： 時域法： 根據時域性能指標進行設計。 根軌跡法： 調整校正裝置參數以改變根軌跡，滿足性能要求。 頻率響應法（伯德圖法）： 調整校正裝置參數以獲得所需的幅值裕度和相角裕度。 4. 反饋校正（並聯校正/補償器在反饋通路） 目的： 改善係統的性能，通常用於補償器無法方便地串聯到前嚮通路的情況。 常用反饋校正裝置： 微分反饋： 對輸齣信號進行微分，添加到比較器處，相當於前嚮通路PD校正。 狀態反饋： （更高級的概念，涉及係統狀態變量） 設計考慮： 如何設計反饋校正裝置以達到期望的係統性能。 第四部分 自動控製係統的分析方法擴展 1. 狀態空間分析法 引入： 為什麼需要狀態空間方法？（適用於綫性、非綫性、時變、多輸入多輸齣係統，能提供更豐富的信息） 狀態變量： 什麼是狀態變量？它們如何完整描述係統的內部狀態？ 狀態方程與輸齣方程： 如何用矩陣形式錶示係統的狀態空間模型？ 綫性定常係統： $dot{x} = Ax + Bu$, $y = Cx + Du$ 係統解： 如何求解狀態方程？（利用矩陣指數） 可控性與可觀測性： 可控性： 從任意初始狀態通過控製輸入能否到達任意目標狀態。 可觀測性： 從係統的輸齣能否推斷齣係統的內部狀態。 重要性： 可控性與可觀測性是設計控製器（如狀態反饋）和觀測器的前提。 穩定性分析： 利用矩陣A的特徵值判斷係統穩定性。 綫性二次型調節器（LQR）： （一個重要的狀態反饋設計方法，用於優化性能指標） 2. 數字自動控製係統 采樣係統： 什麼是采樣過程？（將連續信號轉換為離散信號） Z變換： Z變換在離散時間係統分析中的作用，類似於拉普拉斯變換在連續時間係統中的作用。 離散係統的傳遞函數（脈衝傳遞函數）： 如何錶示離散係統的輸入輸齣關係？ 離散係統的穩定性： 利用單位圓來判斷離散係統的穩定性。 數字控製器設計： 如何設計適用於數字實現的控製器？ 本書的特色與價值 係統性強： 覆蓋瞭自動控製原理的核心內容，從基礎概念到高級分析方法，邏輯清晰，層層遞進。 理論與實踐結閤： 在闡述理論的同時，注重與實際工程問題的聯係，提供瞭大量實際係統的建模和分析案例。 習題詳解： 大量精選的典型習題，並附有詳細的解答過程，有助於讀者鞏固知識，掌握解題技巧。 易於理解： 作者的講解深入淺齣，語言通俗易懂，適閤不同背景的讀者學習。 適用範圍廣： 無論是在校學生、工程技術人員還是研究人員，都能從本書中獲益。 通過學習《自動控製原理》，讀者將能夠： 1. 理解自動控製係統的基本原理： 掌握閉環控製的優勢，理解係統的組成和功能。 2. 建立和分析係統的數學模型： 能夠運用微分方程、傳遞函數等工具描述和分析係統的動態特性。 3. 評估係統的性能： 掌握時域和頻域的性能指標，能夠定量描述係統的響應速度、穩定性和精度。 4. 進行係統的穩定性分析： 熟悉勞斯判據、根軌跡法、奈奎斯特判據、伯德圖等穩定性判彆方法。 5. 設計控製器和校正裝置： 能夠根據係統需求，設計PID控製器、超前/滯後校正裝置等，以改善係統性能。 6. 初步瞭解現代控製理論： 瞭解狀態空間方法在係統分析和設計中的應用。 本書是構築紮實的自動控製理論基礎、提升工程實踐能力的必備參考。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我以前對很多聲稱“詳解”的書籍都持保留態度，很多所謂的詳解不過是把書本上的步驟重新抄寫瞭一遍，毫無增值價值。但這本書在習題解析上的用心程度，絕對值得點贊。最讓我印象深刻的是，對於一些需要進行復雜運算和圖形繪製的題目，作者不僅給齣瞭最終答案，還細緻地解釋瞭每一步計算背後的物理假設和數學依據。例如，在分析係統穩定性時，它對李雅普諾夫判據的應用場景和限製條件做瞭非常精到的補充說明，這在很多標準教材中是缺失或一筆帶過的。這種對知識邊界的清晰界定，極大地提升瞭我的批判性思維能力，讓我不再盲目套用公式。閱讀體驗上，字體清晰，圖示規範，閱讀過程中幾乎沒有遇到因為排版混亂而導緻理解障礙的情況，整體感受非常流暢和專業。

評分☆☆☆☆☆

我必須得說，這本書的作者在構建知識體係的連貫性上花瞭不少心思。自動控製原理很容易讓人感覺像是在學習幾套不相關的數學工具集，比如傳遞函數、狀態空間、時域分析、頻域分析，各自為政。但這本書的巧妙之處在於，它在穿插講解知識點和習題時，總是會適當地將不同分析方法進行橫嚮的比較和聯係。比如，講完某個係統的根軌跡後，會緊接著安排一個相關的頻率響應習題，並引導讀者去思考兩者結果的內在對應關係。這種設計極大地幫助我理解瞭不同數學描述之間的等價性和互補性，從而真正掌握瞭自動控製的精髓——即如何從多個角度審視同一個物理問題。這本書帶來的不僅僅是解題技巧的提升，更重要的是對整個控製係統理論框架的宏觀把握能力的培養，非常適閤想要係統性深化理解的讀者。

評分☆☆☆☆☆

作為一個在職工程師，時間成本是衡量一本參考書價值的重要標準。我不需要那種長篇大論的學術論述，我需要的是能夠在最短時間內，精準定位到我當前工作或學習中遇到的具體問題的解決方案和理論支撐。這本書恰恰滿足瞭這種“即插即用”的需求。它的排版設計非常清晰，目錄結構邏輯性極強，當你需要迴顧某個特定的控製係統校正方法時，可以迅速翻到對應章節，知識點概括凝練，直擊要害。而且，它對習題的講解風格非常“務實”，不拖泥帶水，直接給齣最有效的解題路徑，這對於時間緊張的專業人士來說，簡直是福音。我甚至發現書裏穿插瞭一些對不同控製算法適用性的對比分析，這對於工程實踐中選擇最優控製策略非常有指導意義，讓我少走瞭不少彎路，這本書與其說是教科書的補充，不如說是一本高效能的“工具手冊”。

評分☆☆☆☆☆

我對技術類書籍的挑選一嚮比較挑剔，尤其涉及到控製理論這種需要深厚數學功底的學科，市麵上很多書籍要麼是堆砌公式，要麼就是對實際應用場景的描述過於簡略，導緻學完後感覺知識點是零散的，無法形成一個完整的知識體係。然而，這本習題詳解的書籍在結構組織上展現齣瞭極高的專業素養。它不僅僅停留在“知識點梳理”的層麵，更重要的是，它對“典型習題”的選取和講解，簡直稱得上是一門藝術。每一個例題的選擇都緊密貼閤瞭理論知識的核心難點，並且在解答過程中，作者巧妙地融入瞭對解題思路和潛在陷阱的分析，這種深度剖析遠非普通教輔資料所能比擬。我特彆欣賞它在處理像根軌跡分析、頻率響應這類傳統難題時所采取的循序漸進的闡述方式，邏輯鏈條完整且富有啓發性，讀完後感覺自己對這些原本晦澀的分析工具的使用，信心倍增，不再是死記硬背公式，而是真正理解瞭背後的物理意義和數學邏輯。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我們這種初學者量身定做的，我之前學自動控製原理的時候，各種公式和概念總是繞來繞去的，看教材頭都大瞭，翻瞭好幾傢參考書，感覺要麼太理論化，要麼就是習題太偏太怪，讓人摸不著頭腦。直到我遇到瞭這本《自動控製原理知識要點及典型習題詳解》，簡直是打開瞭新世界的大門。它最棒的地方在於，它沒有那種高高在上的理論說教，而是非常接地氣地把復雜的知識點拆解成一個個清晰的小模塊。你看那些知識要點部分，就像有人在你耳邊給你劃重點一樣，哪些是必須掌握的，哪些是理解性學習的，都標注得明明白白。更讓我驚喜的是，它對一些經典控製係統，比如二階係統、PID控製，講解得深入淺齣，即便是像我這樣第一次接觸的讀者，也能很快建立起直觀的認識。書裏的例題解析尤其到位，每一步的推導都清晰可見，不會讓你在某個環節卡住，那種豁然開朗的感覺，真的隻有親身體驗過的人纔能明白。這本書絕對是通往自動化殿堂的一把得心應手的鑰匙。