自動控製原理與係統(第2版) 葉明超黃海 9787564072575 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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葉明超黃海 著

圖書標籤:

• 自動控製原理
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齣版社： 北京理工大學齣版社

ISBN：9787564072575

商品編碼：29696794339

包裝：平裝

齣版時間：2013-02-01

基本信息

書名：自動控製原理與係統(第2版)

定價：48.00元

作者：葉明超黃海

齣版社：北京理工大學齣版社

齣版日期：2013-02-01

ISBN：9787564072575

字數：

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版次：1

裝幀：平裝

開本：12k

商品重量：0.422kg

編輯推薦

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內容提要

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《自動控製原理與係統(第2版)》由葉明超、黃海主編，介紹瞭經典控製理論的基本概念、基本理論和控製係統的基本分析方法及實際應用。主要內容有：自動控製的基本概念、控製係統的數學模型、控製係統的時域分析法和頻域分析法、控製係統的校正、直流調速係統、直流脈寬調速係統、位置隨動係統、交流變頻調速係統、控製係統實例介紹等。各章均配有內容提要、小結和大量習題。
本書中給齣瞭大量的應用實例，並針對實例中的問題由淺入深地給齣瞭解決方法。全書力求突齣物理概念、定性分析，迴避煩瑣的數學推導，敘述深入淺齣，通俗易懂。
《自動控製原理與係統(第2版)》可作為普通高校電氣技術、自動化技術、機電一體化技術以及電子技術等電類專業學生的教學用書，也可作為從事自動化工作的工程技術人員的參考用書。

目錄

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章　自動控製的基本概念
1.1 自動控製理論概述
1.2 簡要曆史
1.3 自動控製係統的組成
1.3.1 人工控製與自動控製
1.3.2 自動控製的基本概念與組成
1.3.3 係統術語
1.3.4 自動控製係統的方塊圖錶示
1.4 自動控製係統的分類
1.4.1 開環控製係統和閉環控製係統
1.4.2 定值、隨動和程序控製係統
1.4.3 綫性和非綫性控製係統
1.4.4 連續和離散控製係統
1.4.5 單變量和多變量控製係統
1.5 自動控製係統舉例
1.5.1 溫度控製係統
1.5.2 位置隨動係統
1.5.3 自動調速係統
1.6 自動控製係統的基本要求
1.7 本課程的學習任務與學習要求
本章小結
習題1

第2章　拉普拉斯變換及其應用
2.1 拉氏變換的概念
2.2 拉氏變換的運算定理
2.3 拉氏反變換
2.4 拉氏變換應用舉例
本章小結
習題2

第3章　自動控製係統的數學模型
3.1 控製係統的微分方程
3.1.1 控製係統微分方程的建立
3.1.2 控製係統微分方程的求解
3.2 傳遞函數
3.2.1 傳遞函數的定義
3.2.2 傳遞函數的求取
32.3 傳遞函數的性質
3.3 控製係統的動態結構圖
3.3.1 動態結構圖的組成與畫法
3.3.2 動態結構圖的等效變換及化簡
3.3.3 用公式法求傳遞函數
3.4 典型環節的數學模型及階躍響應
3.4.1 典型環節的數學模型
3.4.2 典型環節的傳遞函數及階躍響應
3.5 控製係統的傳遞函數
本章小結
習題3

第4章　控製係統的時域分析法
4.1 典型控製過程及性能指標
4.1.1 典型初始狀態
4.1.2 典型輸入信號
4.1.3 階躍響應的性能指標
4.2 一階係統的時域分析
4.3 二階係統的時域分析
4.4 係統穩定性分析
4.4.1 穩定的基本概念
4.4.2 綫性係統穩定的充分必要條件
4.4.3 勞斯穩定判據
4.4.4 兩種特殊情況
4.4.5 勞斯穩定判據在係統分析中的應用
4.5 穩態性能的時域分析
4.5.1 穩態誤差的基本概念
4.5.2 係統類型
4.5.3 參考輸入信號作用下的穩態誤差
4.5.4 擾動輸入信號作用下的穩態誤差
本章小結
習題4

第5章　控製係統的頻域分析法
5.1 頻率特性的概念
5.1.1 頻率特性的基本概念
5.1.2 頻率特性與傳遞函數的關係
5.1.3 頻率特性的性質
5.1.4 頻率特性的圖形錶示方法
5.2 典型環節的伯德圖
5.2.1 比例環節
5.2.2 積分環節
5.2.3 微分環節
5.2.4 慣性環節
5.2.5 比例微分環節
5.2.6 振蕩環節
5.2.7 一階不穩定環節
5.2.8 小相位係統的概念
5.3 係統開環對數頻率特性麯綫的繪製
5.3.1 係統開環對數頻率特性麯綫繪製的一般步驟
5.3.2 開環對數頻率特性麯綫繪製舉例
5.4 係統穩定性的頻域分析
5.4.1 對數頻率穩定判據
5.4.2 穩定裕量
5.5 動態性能的頻域分析
5.5.1 三頻段的概念
5.5.2 典型係統
本章小結
習題5

第6章　自動控製係統的校正
6.1 常用校正裝置
6.1.1 無源校正裝置
6.1.2 有源校正裝置
6.2 串聯校正
6.2.1 串聯比例校正
6.2.2 串聯比例微分校正
6.2.3 串聯比例積分校正
6.2.4 串聯比例積分微分校正
6.3 反饋校正
6.4 前饋控製的概念
本章小結
習題6

第7章　直流調速係統
7.1 直流調速係統概述
7.1.1 直流調速係統的基本概念
7.1.2 直流調速的三種方式
7.1.3 調壓調速的三種主要形式
7.1.4 直流調速係統的性能指標
7.2 單閉環直流調速係統
7.2.1 閉環調速係統常用調節器
7.2.2 單閉環直流調速係統
7.2.3 無靜差調速係統概述及積分控製規律
7.3 帶電流截止負反饋的閉環調速係統
7.3.1 電流截止負反饋的引入
7.3.2 帶電流截止負反饋的閉環調速係統靜特性
7.3.3 帶電流截止負反饋的閉環調速係統啓動過程
7.4 閉環調速係統設計實例
本章小結
習題7

第8章　PWM直流脈寬調速係統
8.1 直流脈寬調製電路的工作原理
8.1.1 不可逆、無製動力PwM變換器
8.1.2 不可逆、有製動力PwM變換器
8.1.3 可逆PWM變換器
8.2 脈寬調速係統的控製電路
8.2.1 直流脈寬調製器
8.2.2 邏輯延時電路
8.2.3 基極驅動電路和保護電路
8.3 PwM直流調速裝置的係統分析
8.3.1 總體結構
8.3.2 PwM脈寬調製變換器的傳遞函數
8.3.3 係統分析
8.4 由PwM集成芯片組成的直流脈寬調速係統實例
8.4.1 SGl731芯片簡介
8.4.2 由sGl731組成的直流調速係統。本章小結
習題8

第9章　位置隨動係統
9.1 位置隨動係統組成及其基本特徵
9.1.1 位置隨動係統的組成
9.1.2 位置隨動伺服係統的分類
9.1.3 隨動伺服係統的控製方式
9.2 位置伺服係統的部件功能及工作原理
9.2.1 位置檢測元件
9.2.2 執行元件
9.2.3 相敏整流與濾波電路
9.2.4 放大電路
9.3 位置隨動伺服係統的控製特點與實例分析
9.3.1 係統組成原理圖
9.3.2 係統組成框圖
9.3.3 係統自動調節過程
9.4 位置伺服係統的控製性能分析與校正設計
9.4.1 係統的穩態性能分析
9.4.2 係統的動態性能分析
本章小結
習題9

0章　異步交流電動機變頻調速係統
10.1 交流變頻調速的基本概念
10.1.1 交流調速係統簡介
10.1.2 交流變頻調速的基本控製方式
10.2 標量控製的變頻調速係統
10.2.1 控製輸齣電壓的方式
10.2.2 U/F比例控製方式
10.2.3 轉差頻率控製方式
10.3 矢量控製的調速係統
10.3.1 基於轉差頻率控製的矢量控製方式
10.3.2 無速度傳感器的矢量控製方式
10.4 脈寬調製型交流變頻調速係統
10.4.1 PWM型變頻器工作原理
10.4.2 PwM型變頻調速係統的主電路
10.4.3 PwM型變頻調速係統的控製電路
本章小結
習題10

1章　復雜自控係統建模實例——兩輪自平衡小車
11.1 兩輪自平衡小車簡介
11.2 兩輪自平衡小車的工作原理
11.3 倒立擺的分類及研究的意義
11.3.1 倒立擺的分類
11.3.2 倒立擺研究的意義
11.4 倒立擺模型——復雜控製係統的研究方法
11.4.1 控製理論的發展曆程及係統控製的基本方法
11.4 ，2非綫性係統的綫性化方法
11.5 自平衡小車的硬件組成及建模分析
11.5.1 自平衡小車的係統結構
11.5.2 自平衡小車係統的硬件組成及實現
11.6 兩輪自平衡小車的建模
11.6.1 小車車體的運動分析
11.6.2 動力學建模
11.7 係統非綫性模型的綫性化
11.7.1 基於泰勒級數的近似綫性化方法求解過程
11.7.2 對具體兩輪自平衡小車的近似化綫性模型
11.8 不同的綫性化模型的Matlab性能仿真比較
11.8.1 兩種模型的可控角範圍比較
11.8.2 在可控範圍內的性能比較
11.8.3 係統抗乾擾能力的比較
11.8.4 靈敏度的比較
本章小結

附錄
附錄一自動控製原理虛擬實驗係統的開發與應用
附錄二自動控製技術常用術語中、英文對照
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《現代控製理論及其應用》 內容簡介 本書旨在係統性地闡述現代控製理論的核心概念、數學模型、分析方法與設計技術，並結閤實際工程應用，深入淺齣地展現控製係統在各個領域的強大能力。全書共分為十章，力求在理論深度與實踐廣度之間取得平衡，為讀者構建一個全麵而紮實的控製科學知識體係。 第一章 緒論 本章將引導讀者進入控製科學的宏偉殿堂。首先，我們將追溯控製理論的發展曆程，從早期的簡單反饋係統到如今的智能化、網絡化控製，勾勒齣其演變的脈絡。接著，深入探討控製係統在現代社會中的重要性，通過列舉工業自動化、航空航天、生物醫學、經濟管理等多個領域的典型應用案例，揭示控製係統如何驅動科技進步，提升生活品質。我們將介紹控製係統的基本組成部分，包括傳感器、控製器、執行器以及被控對象，並闡述它們之間的相互作用。最後，本章將簡要介紹本書後續章節將要涵蓋的主要內容，為讀者建立一個清晰的學習導圖，並強調掌握控製理論對於理解和解決復雜工程問題的重要性。 第二章 綫性係統時域分析 本章將聚焦於綫性定常係統的時域行為分析。我們將首先建立綫性係統的一般數學模型，重點介紹狀態空間方程和傳遞函數這兩種描述形式，並詳細講解它們之間的相互轉換。隨後，我們將深入研究係統的零輸入響應和零狀態響應，理解初始條件和外部輸入對係統動態特性的影響。係統的瞬態響應特性，如上升時間、超調量、調節時間等，將作為衡量係統性能的關鍵指標進行詳細分析。我們還將探討係統的穩定性概念，從根軌跡和特徵方程的角度，揭示係統在不同參數下可能齣現的穩定性問題，並介紹 Jury 判據和 Routh 判據等代數穩定性判據。綫性係統時域分析是理解更復雜控製係統行為的基礎，本章將通過豐富的例題和圖示，幫助讀者透徹掌握相關概念和方法。 第三章 綫性係統頻域分析 頻域分析是理解係統頻率響應特性、評估係統性能的重要手段。本章將從復頻率 s 的角度，引入係統的頻率響應概念，並詳細介紹幅頻特性和相頻特性。我們將係統性地講解伯德圖和奈奎斯特圖的繪製方法及其在分析係統穩定性和性能方麵的應用。通過分析係統的幅值裕度和相裕度，我們可以定量地評估係統的穩定性儲備。此外，本章還將探討係統的頻率響應與時域響應之間的關係，例如，如何通過幅頻特性預測係統的瞬態響應特性。對於實際工程中的濾波器設計和噪聲抑製，頻域分析也提供瞭強有力的工具。 第四章 綫性係統穩定性與性能分析 穩定性是控製係統最基本的要求。本章將對綫性係統的穩定性進行更深入的探討。我們將從李雅普諾夫穩定性理論的角度，引入李雅普諾夫方程和李雅普諾夫函數，提供一種分析非綫性係統穩定性的強大工具，並證明其在分析綫性係統穩定性方麵的普適性。接著，我們將進一步分析係統的可控性和可觀測性，這兩個概念對於設計狀態反饋控製器和狀態觀測器至關重要。最後，本章將引入一係列性能指標，如穩態誤差、阻尼比、帶寬等，並介紹如何根據具體的應用需求，在係統的穩定性和響應速度、精度之間進行權衡和優化。 第五章 PID 控製器設計 比例-積分-微分 (PID) 控製器是工業界應用最廣泛的一類控製器。本章將深入剖析 PID 控製器的原理，詳細講解比例 (P)、積分 (I) 和微分 (D) 三個控製分量的作用及其對係統動態特性的影響。我們將介紹多種 PID 控製器參數整定方法，包括試湊法、臨界比例法、永久振蕩法以及更具普遍性的 Ziegler-Nichols 方法。此外，還將探討 PID 控製器在實際應用中可能遇到的問題，如抗積分飽和、抗微分先行等，並介紹相應的改進算法，如增量式 PID、模糊 PID 等。本章旨在為讀者提供一套係統性的 PID 控製器設計與整定方法，使其能夠靈活應用於各種實際控製問題。 第六章 狀態反饋控製係統設計 狀態反饋控製是現代控製理論中的核心內容。本章將詳細闡述狀態反饋控製的基本原理，即利用係統的內部狀態信息來設計控製器，從而達到優化係統性能的目的。我們將介紹如何根據係統的極點配置原理，設計齣滿足特定要求的狀態反饋增益矩陣。在討論極點配置的同時，我們將進一步分析係統的可控性，並說明當係統不可控時，無法通過狀態反饋完全自由地配置所有極點。此外，本章還將介紹狀態觀測器的設計，特彆是最小階狀態觀測器和 पूर्ण階狀態觀測器的原理和實現，以及如何將狀態觀測器與狀態反饋結閤，構成狀態估計器控製係統。 第七章 狀態觀測器與估計器控製 當係統的內部狀態信息無法直接測量時，狀態觀測器的作用就顯得尤為重要。本章將在第六章的基礎上，更深入地探討狀態觀測器的設計與應用。我們將詳細推導最小階狀態觀測器和 पूर्ण階狀態觀測器的數學模型，並分析它們的設計方法。我們將重點講解如何將狀態觀測器與狀態反饋控製器相結閤，構成狀態估計器控製係統。在這種係統中，通過觀測器估計齣的狀態被用於控製器，從而在不直接測量所有狀態的情況下，實現與全狀態反饋相似的控製效果。本章還將討論狀態估計器對係統性能的影響，以及如何通過優化觀測器參數來提高估計精度和控製性能。 第八章 綫性二次最優控製 (LQR) 最優控製是現代控製理論的重要分支，其目標是找到最優的控製策略，使得某個性能指標達到最小或最大。本章將重點介紹綫性二次型調節器 (LQR) 設計方法。LQR 控製器的設計基於二次型性能指標，該指標能夠同時考慮係統的狀態偏差和控製能量。我們將推導綫性係統的離散時間 LQR 和連續時間 LQR 的求解方法，並分析性能指標的權矩陣對控製器設計的影響。LQR 控製器具有良好的魯棒性和穩定性，在許多工程領域都有廣泛的應用。本章還將探討 LQR 控製器的根軌跡分析，以及如何利用 LQR 設計方法實現係統的極點配置。 第九章 非綫性控製係統初步 本章將帶領讀者走進非綫性控製的領域，認識非綫性係統的特性和分析方法。我們將首先介紹非綫性係統的常見數學模型，如泰勒展開、分段綫性模型等。接著，我們將探討非綫性係統的穩定性分析方法，包括李雅普諾夫第二方法在非綫性係統中的應用，以及綫性化方法在分析非綫性係統局部穩定性的作用。本章還將介紹一些基本的非綫性控製策略，如反饋綫性化、滑模控製等，並討論它們在處理復雜非綫性係統時的優勢和局限性。雖然非綫性控製理論內容廣泛，本章旨在為讀者提供一個初步的認識，為進一步深入研究打下基礎。 第十章 控製係統的工程應用與發展趨勢 本章將把理論知識與工程實踐緊密結閤，展示控製係統在各個領域的實際應用。我們將通過對工業過程控製、機器人控製、航空航天控製、智能交通係統、電力係統穩定控製等具體案例的分析，說明如何運用前麵章節所學的控製理論知識來解決實際工程問題。我們將討論實際工程中可能遇到的挑戰，如係統建模的睏難、參數變化、外部乾擾等，並介紹相應的魯棒控製、自適應控製等先進控製技術。最後，本章將展望控製科學的未來發展趨勢，包括模糊控製、神經網絡控製、模型預測控製、分布式控製以及人工智能在控製領域的交叉應用，激發讀者對控製科學未來發展的興趣和思考。 本書特色： 理論與實踐相結閤： 緊密結閤實際工程應用，通過豐富的案例分析，幫助讀者理解抽象的控製理論。 係統性強： 內容由淺入深，邏輯清晰，覆蓋現代控製理論的核心內容。 數學嚴謹性與直觀性並存： 在保證數學嚴謹性的同時，注重概念的直觀解釋和圖示輔助，便於讀者理解。 麵嚮工程應用： 強調控製係統的設計與實現，為讀者解決實際工程問題提供方法和思路。 通過對本書的學習，讀者將能夠係統地掌握現代控製理論的基本原理和分析方法，並具備將這些理論應用於實際工程問題的能力，為進一步深入研究和解決復雜控製難題奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

從教學法的角度來看，這本書的敘事節奏控製得非常得當，它成功地平衡瞭嚴謹性與可讀性之間的微妙關係。作者似乎非常懂得初學者在麵對復雜數學模型時的心理障礙，因此，在引入新的數學工具（比如拉普拉斯變換或Z變換的深入應用）時，總是會先用一個清晰的物理背景或類比來鋪墊，確保讀者在看到公式前已經對“為什麼需要這個工具”有瞭一個直觀的認識。此外，書中穿插的“曆史背景”或“工程應用案例”片段，雖然篇幅不長，但起到瞭極好的調劑作用，它們如同點綴在嚴謹論證中的明亮小燈，讓人在緊張的思維訓練中得到片刻的放鬆，同時也增強瞭對控製科學整體發展脈絡的興趣。這種溫和而堅定的引導方式，使得學習過程的挫敗感大大降低，取而代之的是一種持續的、小步快跑的成就感，讓人願意一本接一本地讀下去，去探索更深的內容。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計真是讓人眼前一亮，封麵那種低飽和度的藍色調搭配簡潔的字體排版，透露齣一種沉穩而專業的學術氣息。翻開內頁，紙張的質感也相當不錯，墨跡清晰，字號適中，長時間閱讀眼睛也不會感到特彆疲勞。我尤其欣賞作者在章節布局上的匠心獨運，內容推進的邏輯性非常強，從基礎概念的引入到復雜係統分析的深入，過渡得非常自然流暢。初次接觸這個領域時，我常常感到無從下手，但這本書仿佛一位經驗豐富的導師，總能在關鍵節點給齣清晰的脈絡指引。比如說，在處理狀態空間模型時，作者不僅僅是羅列公式，而是通過大量的實例和圖示來解釋背後的物理意義，這一點對於理論學習者來說簡直是福音。而且，書中的插圖繪製得非常精細，那些係統框圖和波特圖等，綫條流暢，標注明確，極大地幫助理解瞭抽象的數學描述。這本書給我的第一印象，就是一個經過精心打磨、注重閱讀體驗的學術精品，它在細節上的用心程度，足以體現齣版方和作者對知識傳播的尊重。

評分☆☆☆☆☆

與其他同類書籍相比，我感覺這本教材在對“係統”這一核心概念的強調上做得尤為齣色。它不僅僅是在討論如何設計一個控製器，而是始終將控製器與被控對象緊密地聯係在一起，不斷提醒讀者，控製器的優劣最終要通過它對整個“係統”性能的影響來衡量。書中對係統建模的細緻論述，從機械係統的建模到電氣係統的建模，都提供瞭一套通用的、可復製的分析框架，這種思維方式的訓練比記住幾個特定的公式要寶貴得多。例如，在討論綫性化處理時，作者清晰地指齣瞭綫性模型在描述係統全局行為時的局限性，這使得讀者在後續的綫性控製器設計中，會本能地保持一份審慎的態度，去考慮綫性化誤差對實際性能的影響。這種強調全局觀和審慎分析的學術訓練，是任何一個未來工程師或研究人員都急需培養的寶貴素質，而這本書在這方麵無疑起到瞭模範帶頭作用，讓我對控製工程的理解上升到瞭一個更高的哲學層麵。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度都超齣瞭我的預期，它不僅僅是對經典理論的復述，更像是一部融閤瞭前沿思想的現代教材。我注意到，作者在講解經典控製理論（比如頻域分析）時，並沒有止步於上世紀的經典方法，而是巧妙地引入瞭現代控製理論的視角進行對比和補充，使得知識體係更加立體和完整。最讓我印象深刻的是它對魯棒控製和非綫性係統初步探討的部分，這部分內容通常在入門教材中會被一筆帶過，但在這裏卻得到瞭相當細緻的闡述，雖然難度有所增加，但對於有誌於深入研究的學生來說，無疑是提供瞭極佳的敲門磚。讀完關於“H無窮控製”那幾章後，我對係統性能指標的權衡有瞭更深層次的理解，不再是單純地追求零超調或快速響應，而是學會瞭如何在不確定性下尋求最佳的摺衷方案。這種將理論與工程實際緊密結閤的敘事方式，讓原本枯燥的數學推導充滿瞭鮮活的生命力，讓人感覺自己掌握的不再是孤立的公式，而是一套解決實際工程難題的思維工具。

評分☆☆☆☆☆

這本書的習題設計是其價值的另一個集中體現。很多教材的習題往往隻是對公式的直接代入檢驗，缺乏對概念理解深度的考察，但這本書的練習題明顯經過瞭精心設計和篩選。它們往往不直接對應課本上的某個定理，而是需要學習者綜閤運用前後章節的知識點，進行一係列的邏輯推理和計算纔能得齣答案。我個人非常喜歡那些需要自行建立模型，然後進行控製律設計的綜閤性題目，這些題目迫使我跳齣書本的框架，去思考如何將抽象的數學工具映射到具體的物理係統中。更重要的是，配套的參考答案（如果能夠獲取的話）往往能展示多種解題思路，這對於提升解題效率和拓寬思路至關重要。即便是那些看似簡單的計算題，其隱藏的陷阱也設計得非常巧妙，確保讀者真正理解瞭每個步驟背後的假設和限製條件。這套習題係統有效地將知識吸收轉化為瞭解決問題的能力，是檢驗學習成果的“試金石”。