自动控制原理与系统(第2版) 叶明超黄海 9787564072575 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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叶明超黄海 著

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出版社： 北京理工大学出版社

ISBN：9787564072575

商品编码：29696794339

包装：平装

出版时间：2013-02-01

基本信息

书名：自动控制原理与系统(第2版)

定价：48.00元

作者：叶明超黄海

出版社：北京理工大学出版社

出版日期：2013-02-01

ISBN：9787564072575

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：12k

商品重量：0.422kg

编辑推荐

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内容提要

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《自动控制原理与系统(第2版)》由叶明超、黄海主编，介绍了经典控制理论的基本概念、基本理论和控制系统的基本分析方法及实际应用。主要内容有：自动控制的基本概念、控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法和频域分析法、控制系统的校正、直流调速系统、直流脉宽调速系统、位置随动系统、交流变频调速系统、控制系统实例介绍等。各章均配有内容提要、小结和大量习题。
本书中给出了大量的应用实例，并针对实例中的问题由浅入深地给出了解决方法。全书力求突出物理概念、定性分析，回避烦琐的数学推导，叙述深入浅出，通俗易懂。
《自动控制原理与系统(第2版)》可作为普通高校电气技术、自动化技术、机电一体化技术以及电子技术等电类专业学生的教学用书，也可作为从事自动化工作的工程技术人员的参考用书。

目录

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章　自动控制的基本概念
1.1 自动控制理论概述
1.2 简要历史
1.3 自动控制系统的组成
1.3.1 人工控制与自动控制
1.3.2 自动控制的基本概念与组成
1.3.3 系统术语
1.3.4 自动控制系统的方块图表示
1.4 自动控制系统的分类
1.4.1 开环控制系统和闭环控制系统
1.4.2 定值、随动和程序控制系统
1.4.3 线性和非线性控制系统
1.4.4 连续和离散控制系统
1.4.5 单变量和多变量控制系统
1.5 自动控制系统举例
1.5.1 温度控制系统
1.5.2 位置随动系统
1.5.3 自动调速系统
1.6 自动控制系统的基本要求
1.7 本课程的学习任务与学习要求
本章小结
习题1

第2章　拉普拉斯变换及其应用
2.1 拉氏变换的概念
2.2 拉氏变换的运算定理
2.3 拉氏反变换
2.4 拉氏变换应用举例
本章小结
习题2

第3章　自动控制系统的数学模型
3.1 控制系统的微分方程
3.1.1 控制系统微分方程的建立
3.1.2 控制系统微分方程的求解
3.2 传递函数
3.2.1 传递函数的定义
3.2.2 传递函数的求取
32.3 传递函数的性质
3.3 控制系统的动态结构图
3.3.1 动态结构图的组成与画法
3.3.2 动态结构图的等效变换及化简
3.3.3 用公式法求传递函数
3.4 典型环节的数学模型及阶跃响应
3.4.1 典型环节的数学模型
3.4.2 典型环节的传递函数及阶跃响应
3.5 控制系统的传递函数
本章小结
习题3

第4章　控制系统的时域分析法
4.1 典型控制过程及性能指标
4.1.1 典型初始状态
4.1.2 典型输入信号
4.1.3 阶跃响应的性能指标
4.2 一阶系统的时域分析
4.3 二阶系统的时域分析
4.4 系统稳定性分析
4.4.1 稳定的基本概念
4.4.2 线性系统稳定的充分必要条件
4.4.3 劳斯稳定判据
4.4.4 两种特殊情况
4.4.5 劳斯稳定判据在系统分析中的应用
4.5 稳态性能的时域分析
4.5.1 稳态误差的基本概念
4.5.2 系统类型
4.5.3 参考输入信号作用下的稳态误差
4.5.4 扰动输入信号作用下的稳态误差
本章小结
习题4

第5章　控制系统的频域分析法
5.1 频率特性的概念
5.1.1 频率特性的基本概念
5.1.2 频率特性与传递函数的关系
5.1.3 频率特性的性质
5.1.4 频率特性的图形表示方法
5.2 典型环节的伯德图
5.2.1 比例环节
5.2.2 积分环节
5.2.3 微分环节
5.2.4 惯性环节
5.2.5 比例微分环节
5.2.6 振荡环节
5.2.7 一阶不稳定环节
5.2.8 小相位系统的概念
5.3 系统开环对数频率特性曲线的绘制
5.3.1 系统开环对数频率特性曲线绘制的一般步骤
5.3.2 开环对数频率特性曲线绘制举例
5.4 系统稳定性的频域分析
5.4.1 对数频率稳定判据
5.4.2 稳定裕量
5.5 动态性能的频域分析
5.5.1 三频段的概念
5.5.2 典型系统
本章小结
习题5

第6章　自动控制系统的校正
6.1 常用校正装置
6.1.1 无源校正装置
6.1.2 有源校正装置
6.2 串联校正
6.2.1 串联比例校正
6.2.2 串联比例微分校正
6.2.3 串联比例积分校正
6.2.4 串联比例积分微分校正
6.3 反馈校正
6.4 前馈控制的概念
本章小结
习题6

第7章　直流调速系统
7.1 直流调速系统概述
7.1.1 直流调速系统的基本概念
7.1.2 直流调速的三种方式
7.1.3 调压调速的三种主要形式
7.1.4 直流调速系统的性能指标
7.2 单闭环直流调速系统
7.2.1 闭环调速系统常用调节器
7.2.2 单闭环直流调速系统
7.2.3 无静差调速系统概述及积分控制规律
7.3 带电流截止负反馈的闭环调速系统
7.3.1 电流截止负反馈的引入
7.3.2 带电流截止负反馈的闭环调速系统静特性
7.3.3 带电流截止负反馈的闭环调速系统启动过程
7.4 闭环调速系统设计实例
本章小结
习题7

第8章　PWM直流脉宽调速系统
8.1 直流脉宽调制电路的工作原理
8.1.1 不可逆、无制动力PwM变换器
8.1.2 不可逆、有制动力PwM变换器
8.1.3 可逆PWM变换器
8.2 脉宽调速系统的控制电路
8.2.1 直流脉宽调制器
8.2.2 逻辑延时电路
8.2.3 基极驱动电路和保护电路
8.3 PwM直流调速装置的系统分析
8.3.1 总体结构
8.3.2 PwM脉宽调制变换器的传递函数
8.3.3 系统分析
8.4 由PwM集成芯片组成的直流脉宽调速系统实例
8.4.1 SGl731芯片简介
8.4.2 由sGl731组成的直流调速系统。本章小结
习题8

第9章　位置随动系统
9.1 位置随动系统组成及其基本特征
9.1.1 位置随动系统的组成
9.1.2 位置随动伺服系统的分类
9.1.3 随动伺服系统的控制方式
9.2 位置伺服系统的部件功能及工作原理
9.2.1 位置检测元件
9.2.2 执行元件
9.2.3 相敏整流与滤波电路
9.2.4 放大电路
9.3 位置随动伺服系统的控制特点与实例分析
9.3.1 系统组成原理图
9.3.2 系统组成框图
9.3.3 系统自动调节过程
9.4 位置伺服系统的控制性能分析与校正设计
9.4.1 系统的稳态性能分析
9.4.2 系统的动态性能分析
本章小结
习题9

0章　异步交流电动机变频调速系统
10.1 交流变频调速的基本概念
10.1.1 交流调速系统简介
10.1.2 交流变频调速的基本控制方式
10.2 标量控制的变频调速系统
10.2.1 控制输出电压的方式
10.2.2 U/F比例控制方式
10.2.3 转差频率控制方式
10.3 矢量控制的调速系统
10.3.1 基于转差频率控制的矢量控制方式
10.3.2 无速度传感器的矢量控制方式
10.4 脉宽调制型交流变频调速系统
10.4.1 PWM型变频器工作原理
10.4.2 PwM型变频调速系统的主电路
10.4.3 PwM型变频调速系统的控制电路
本章小结
习题10

1章　复杂自控系统建模实例——两轮自平衡小车
11.1 两轮自平衡小车简介
11.2 两轮自平衡小车的工作原理
11.3 倒立摆的分类及研究的意义
11.3.1 倒立摆的分类
11.3.2 倒立摆研究的意义
11.4 倒立摆模型——复杂控制系统的研究方法
11.4.1 控制理论的发展历程及系统控制的基本方法
11.4 ，2非线性系统的线性化方法
11.5 自平衡小车的硬件组成及建模分析
11.5.1 自平衡小车的系统结构
11.5.2 自平衡小车系统的硬件组成及实现
11.6 两轮自平衡小车的建模
11.6.1 小车车体的运动分析
11.6.2 动力学建模
11.7 系统非线性模型的线性化
11.7.1 基于泰勒级数的近似线性化方法求解过程
11.7.2 对具体两轮自平衡小车的近似化线性模型
11.8 不同的线性化模型的Matlab性能仿真比较
11.8.1 两种模型的可控角范围比较
11.8.2 在可控范围内的性能比较
11.8.3 系统抗干扰能力的比较
11.8.4 灵敏度的比较
本章小结

附录
附录一自动控制原理虚拟实验系统的开发与应用
附录二自动控制技术常用术语中、英文对照
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《现代控制理论及其应用》 内容简介 本书旨在系统性地阐述现代控制理论的核心概念、数学模型、分析方法与设计技术，并结合实际工程应用，深入浅出地展现控制系统在各个领域的强大能力。全书共分为十章，力求在理论深度与实践广度之间取得平衡，为读者构建一个全面而扎实的控制科学知识体系。 第一章 绪论 本章将引导读者进入控制科学的宏伟殿堂。首先，我们将追溯控制理论的发展历程，从早期的简单反馈系统到如今的智能化、网络化控制，勾勒出其演变的脉络。接着，深入探讨控制系统在现代社会中的重要性，通过列举工业自动化、航空航天、生物医学、经济管理等多个领域的典型应用案例，揭示控制系统如何驱动科技进步，提升生活品质。我们将介绍控制系统的基本组成部分，包括传感器、控制器、执行器以及被控对象，并阐述它们之间的相互作用。最后，本章将简要介绍本书后续章节将要涵盖的主要内容，为读者建立一个清晰的学习导图，并强调掌握控制理论对于理解和解决复杂工程问题的重要性。 第二章 线性系统时域分析 本章将聚焦于线性定常系统的时域行为分析。我们将首先建立线性系统的一般数学模型，重点介绍状态空间方程和传递函数这两种描述形式，并详细讲解它们之间的相互转换。随后，我们将深入研究系统的零输入响应和零状态响应，理解初始条件和外部输入对系统动态特性的影响。系统的瞬态响应特性，如上升时间、超调量、调节时间等，将作为衡量系统性能的关键指标进行详细分析。我们还将探讨系统的稳定性概念，从根轨迹和特征方程的角度，揭示系统在不同参数下可能出现的稳定性问题，并介绍 Jury 判据和 Routh 判据等代数稳定性判据。线性系统时域分析是理解更复杂控制系统行为的基础，本章将通过丰富的例题和图示，帮助读者透彻掌握相关概念和方法。 第三章 线性系统频域分析 频域分析是理解系统频率响应特性、评估系统性能的重要手段。本章将从复频率 s 的角度，引入系统的频率响应概念，并详细介绍幅频特性和相频特性。我们将系统性地讲解伯德图和奈奎斯特图的绘制方法及其在分析系统稳定性和性能方面的应用。通过分析系统的幅值裕度和相裕度，我们可以定量地评估系统的稳定性储备。此外，本章还将探讨系统的频率响应与时域响应之间的关系，例如，如何通过幅频特性预测系统的瞬态响应特性。对于实际工程中的滤波器设计和噪声抑制，频域分析也提供了强有力的工具。 第四章 线性系统稳定性与性能分析 稳定性是控制系统最基本的要求。本章将对线性系统的稳定性进行更深入的探讨。我们将从李雅普诺夫稳定性理论的角度，引入李雅普诺夫方程和李雅普诺夫函数，提供一种分析非线性系统稳定性的强大工具，并证明其在分析线性系统稳定性方面的普适性。接着，我们将进一步分析系统的可控性和可观测性，这两个概念对于设计状态反馈控制器和状态观测器至关重要。最后，本章将引入一系列性能指标，如稳态误差、阻尼比、带宽等，并介绍如何根据具体的应用需求，在系统的稳定性和响应速度、精度之间进行权衡和优化。 第五章 PID 控制器设计 比例-积分-微分 (PID) 控制器是工业界应用最广泛的一类控制器。本章将深入剖析 PID 控制器的原理，详细讲解比例 (P)、积分 (I) 和微分 (D) 三个控制分量的作用及其对系统动态特性的影响。我们将介绍多种 PID 控制器参数整定方法，包括试凑法、临界比例法、永久振荡法以及更具普遍性的 Ziegler-Nichols 方法。此外，还将探讨 PID 控制器在实际应用中可能遇到的问题，如抗积分饱和、抗微分先行等，并介绍相应的改进算法，如增量式 PID、模糊 PID 等。本章旨在为读者提供一套系统性的 PID 控制器设计与整定方法，使其能够灵活应用于各种实际控制问题。 第六章 状态反馈控制系统设计 状态反馈控制是现代控制理论中的核心内容。本章将详细阐述状态反馈控制的基本原理，即利用系统的内部状态信息来设计控制器，从而达到优化系统性能的目的。我们将介绍如何根据系统的极点配置原理，设计出满足特定要求的状态反馈增益矩阵。在讨论极点配置的同时，我们将进一步分析系统的可控性，并说明当系统不可控时，无法通过状态反馈完全自由地配置所有极点。此外，本章还将介绍状态观测器的设计，特别是最小阶状态观测器和 पूर्ण阶状态观测器的原理和实现，以及如何将状态观测器与状态反馈结合，构成状态估计器控制系统。 第七章 状态观测器与估计器控制 当系统的内部状态信息无法直接测量时，状态观测器的作用就显得尤为重要。本章将在第六章的基础上，更深入地探讨状态观测器的设计与应用。我们将详细推导最小阶状态观测器和 पूर्ण阶状态观测器的数学模型，并分析它们的设计方法。我们将重点讲解如何将状态观测器与状态反馈控制器相结合，构成状态估计器控制系统。在这种系统中，通过观测器估计出的状态被用于控制器，从而在不直接测量所有状态的情况下，实现与全状态反馈相似的控制效果。本章还将讨论状态估计器对系统性能的影响，以及如何通过优化观测器参数来提高估计精度和控制性能。 第八章 线性二次最优控制 (LQR) 最优控制是现代控制理论的重要分支，其目标是找到最优的控制策略，使得某个性能指标达到最小或最大。本章将重点介绍线性二次型调节器 (LQR) 设计方法。LQR 控制器的设计基于二次型性能指标，该指标能够同时考虑系统的状态偏差和控制能量。我们将推导线性系统的离散时间 LQR 和连续时间 LQR 的求解方法，并分析性能指标的权矩阵对控制器设计的影响。LQR 控制器具有良好的鲁棒性和稳定性，在许多工程领域都有广泛的应用。本章还将探讨 LQR 控制器的根轨迹分析，以及如何利用 LQR 设计方法实现系统的极点配置。 第九章 非线性控制系统初步 本章将带领读者走进非线性控制的领域，认识非线性系统的特性和分析方法。我们将首先介绍非线性系统的常见数学模型，如泰勒展开、分段线性模型等。接着，我们将探讨非线性系统的稳定性分析方法，包括李雅普诺夫第二方法在非线性系统中的应用，以及线性化方法在分析非线性系统局部稳定性的作用。本章还将介绍一些基本的非线性控制策略，如反馈线性化、滑模控制等，并讨论它们在处理复杂非线性系统时的优势和局限性。虽然非线性控制理论内容广泛，本章旨在为读者提供一个初步的认识，为进一步深入研究打下基础。 第十章 控制系统的工程应用与发展趋势 本章将把理论知识与工程实践紧密结合，展示控制系统在各个领域的实际应用。我们将通过对工业过程控制、机器人控制、航空航天控制、智能交通系统、电力系统稳定控制等具体案例的分析，说明如何运用前面章节所学的控制理论知识来解决实际工程问题。我们将讨论实际工程中可能遇到的挑战，如系统建模的困难、参数变化、外部干扰等，并介绍相应的鲁棒控制、自适应控制等先进控制技术。最后，本章将展望控制科学的未来发展趋势，包括模糊控制、神经网络控制、模型预测控制、分布式控制以及人工智能在控制领域的交叉应用，激发读者对控制科学未来发展的兴趣和思考。 本书特色： 理论与实践相结合： 紧密结合实际工程应用，通过丰富的案例分析，帮助读者理解抽象的控制理论。 系统性强： 内容由浅入深，逻辑清晰，覆盖现代控制理论的核心内容。 数学严谨性与直观性并存： 在保证数学严谨性的同时，注重概念的直观解释和图示辅助，便于读者理解。 面向工程应用： 强调控制系统的设计与实现，为读者解决实际工程问题提供方法和思路。 通过对本书的学习，读者将能够系统地掌握现代控制理论的基本原理和分析方法，并具备将这些理论应用于实际工程问题的能力，为进一步深入研究和解决复杂控制难题奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

与其他同类书籍相比，我感觉这本教材在对“系统”这一核心概念的强调上做得尤为出色。它不仅仅是在讨论如何设计一个控制器，而是始终将控制器与被控对象紧密地联系在一起，不断提醒读者，控制器的优劣最终要通过它对整个“系统”性能的影响来衡量。书中对系统建模的细致论述，从机械系统的建模到电气系统的建模，都提供了一套通用的、可复制的分析框架，这种思维方式的训练比记住几个特定的公式要宝贵得多。例如，在讨论线性化处理时，作者清晰地指出了线性模型在描述系统全局行为时的局限性，这使得读者在后续的线性控制器设计中，会本能地保持一份审慎的态度，去考虑线性化误差对实际性能的影响。这种强调全局观和审慎分析的学术训练，是任何一个未来工程师或研究人员都急需培养的宝贵素质，而这本书在这方面无疑起到了模范带头作用，让我对控制工程的理解上升到了一个更高的哲学层面。

评分☆☆☆☆☆

从教学法的角度来看，这本书的叙事节奏控制得非常得当，它成功地平衡了严谨性与可读性之间的微妙关系。作者似乎非常懂得初学者在面对复杂数学模型时的心理障碍，因此，在引入新的数学工具（比如拉普拉斯变换或Z变换的深入应用）时，总是会先用一个清晰的物理背景或类比来铺垫，确保读者在看到公式前已经对“为什么需要这个工具”有了一个直观的认识。此外，书中穿插的“历史背景”或“工程应用案例”片段，虽然篇幅不长，但起到了极好的调剂作用，它们如同点缀在严谨论证中的明亮小灯，让人在紧张的思维训练中得到片刻的放松，同时也增强了对控制科学整体发展脉络的兴趣。这种温和而坚定的引导方式，使得学习过程的挫败感大大降低，取而代之的是一种持续的、小步快跑的成就感，让人愿意一本接一本地读下去，去探索更深的内容。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面那种低饱和度的蓝色调搭配简洁的字体排版，透露出一种沉稳而专业的学术气息。翻开内页，纸张的质感也相当不错，墨迹清晰，字号适中，长时间阅读眼睛也不会感到特别疲劳。我尤其欣赏作者在章节布局上的匠心独运，内容推进的逻辑性非常强，从基础概念的引入到复杂系统分析的深入，过渡得非常自然流畅。初次接触这个领域时，我常常感到无从下手，但这本书仿佛一位经验丰富的导师，总能在关键节点给出清晰的脉络指引。比如说，在处理状态空间模型时，作者不仅仅是罗列公式，而是通过大量的实例和图示来解释背后的物理意义，这一点对于理论学习者来说简直是福音。而且，书中的插图绘制得非常精细，那些系统框图和波特图等，线条流畅，标注明确，极大地帮助理解了抽象的数学描述。这本书给我的第一印象，就是一个经过精心打磨、注重阅读体验的学术精品，它在细节上的用心程度，足以体现出版方和作者对知识传播的尊重。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度都超出了我的预期，它不仅仅是对经典理论的复述，更像是一部融合了前沿思想的现代教材。我注意到，作者在讲解经典控制理论（比如频域分析）时，并没有止步于上世纪的经典方法，而是巧妙地引入了现代控制理论的视角进行对比和补充，使得知识体系更加立体和完整。最让我印象深刻的是它对鲁棒控制和非线性系统初步探讨的部分，这部分内容通常在入门教材中会被一笔带过，但在这里却得到了相当细致的阐述，虽然难度有所增加，但对于有志于深入研究的学生来说，无疑是提供了极佳的敲门砖。读完关于“H无穷控制”那几章后，我对系统性能指标的权衡有了更深层次的理解，不再是单纯地追求零超调或快速响应，而是学会了如何在不确定性下寻求最佳的折衷方案。这种将理论与工程实际紧密结合的叙事方式，让原本枯燥的数学推导充满了鲜活的生命力，让人感觉自己掌握的不再是孤立的公式，而是一套解决实际工程难题的思维工具。

评分☆☆☆☆☆

这本书的习题设计是其价值的另一个集中体现。很多教材的习题往往只是对公式的直接代入检验，缺乏对概念理解深度的考察，但这本书的练习题明显经过了精心设计和筛选。它们往往不直接对应课本上的某个定理，而是需要学习者综合运用前后章节的知识点，进行一系列的逻辑推理和计算才能得出答案。我个人非常喜欢那些需要自行建立模型，然后进行控制律设计的综合性题目，这些题目迫使我跳出书本的框架，去思考如何将抽象的数学工具映射到具体的物理系统中。更重要的是，配套的参考答案（如果能够获取的话）往往能展示多种解题思路，这对于提升解题效率和拓宽思路至关重要。即便是那些看似简单的计算题，其隐藏的陷阱也设计得非常巧妙，确保读者真正理解了每个步骤背后的假设和限制条件。这套习题系统有效地将知识吸收转化为了解决问题的能力，是检验学习成果的“试金石”。