自动控制原理 第3版第三版 21世纪高等学校规划教材·电子信息 余成波 著 清华大学出版社图书籍 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 清华大学

ISBN：9787302478027

商品编码：29874655031

书名：	自动控制原理（3版）（21世纪高等学校规划教材·电子信息）
出版社：	清华大学出版社
出版日期	2018
ISBN号：	9787302478027

本书主要介绍分析和设计反馈控制的经典理论和应用方法。全书共8章，内容包括自动控制的基本概念，自动控制的数学模型，自动控制的时域分析法、根轨迹法、频率特性法，控制的校正、非线性控制、离散控制的分析和综合应用等。在每章后面分别介绍了MATLAB在自动控制理论中的一些应用，以及如何利用计算机辅助设计方法解决自动控制领域的一些分析和设计问题。同时，各章均提供了一定数量的习题与MATLAB实验题，以帮助读者理解基本概念并掌握分析和设计方法。

本书可作为高等工科院校自动化及相关的教材，也可供从事自动化方面工作的科技人员学习参考。

目录

1章控制的基本概念

1.1引言

1.2开环控制与闭环控制

1.2.1开环控制

1.2.2闭环控制

1.3自动控制的组成

1.3.1基本组成部分

1.3.2自动控制中常用的名词术语

1.4自动控制的分类

1.4.1按输入信号的特点分类

1.4.2按描述的动态方程分类

1.4.3按的参数是否随时间而变化分类

1.4.4按信号的传递是否连续分类

1.5自动控制的应用实例

1.5.1炉温控制

1.5.2导弹发射架方位控制

1.5.3计算机控制

1.6自动控制理论发展简史

1.7对自动控制的基本要求

习题

2章自动控制的数学模型

2.1控制微分方程的建立

2.1.1机械

2.1.2电——RLC串联网络

2.1.3机电

2.2非线性微分方程的线性化

2.2.1小偏差线性化的概念

2.2.2非线性(元件)线性化处理举例

2.2.3线性化的条件及步骤

2.3传递函数

2.3.1传递函数的定义和性质

2.3.2用复数阻抗法求电网络的传递函数

2.3.3典型环节及其传递函数

2.4控制的结构图及其等效变换

2.4.1结构图的基本概念

《现代控制系统理论与设计》 前言 本书旨在为读者提供现代控制系统理论的全面而深入的理解，涵盖了从基础概念到高级分析与设计技术的广泛内容。我们力求在保持理论严谨性的同时，注重概念的清晰阐述与实际应用的结合，帮助读者建立扎实的理论基础，并培养解决实际工程问题的能力。本书适用于高等院校电气工程、自动化、计算机科学、机械工程等相关专业的本科生和研究生，也可作为相关领域研究人员和工程技术人员的参考书。 第一章 绪论 本章将带领读者进入控制系统的广阔世界。我们将首先探讨控制系统的基本概念、发展历程及其在现代社会中的重要地位。通过生动的实例，如温度控制、飞行器姿态稳定、机器人手臂运动等，揭示控制系统无处不在的应用。接着，我们将引入反馈控制的核心思想，并与开环控制进行对比，强调反馈在提高系统性能、抑制扰动和不确定性方面的关键作用。本章还将概述本书的组织结构和学习路径，为后续章节的学习奠定基础。 第二章 系统建模与时域分析 建立精确的数学模型是理解和分析控制系统的第一步。本章将详细介绍描述动态系统的各种常用模型，包括微分方程模型、传递函数模型以及状态空间模型。我们将深入探讨线性定常系统的时域响应特性，例如单位阶跃响应、单位脉冲响应等。通过分析这些响应，读者将能够理解系统的暂态性能指标（如超调量、调节时间、峰值时间）和稳态性能指标（如稳态误差）。此外，本章还将介绍齐次解和特解的概念，以及如何利用这些工具来描述系统的整体行为。 第三章 线性系统的根轨迹分析 根轨迹是分析线性时不变系统稳定性和动态性能的有力工具。本章将详细阐述根轨迹的绘制方法及其几何特性。我们将学习如何确定特征方程的根（闭环极点）如何随开环增益的变化而移动。通过根轨迹图，我们可以直观地评估系统在不同增益下的稳定性，并对系统的动态响应做出初步判断。本章还将介绍根轨迹在控制器参数整定中的应用，帮助读者理解如何通过调整控制器参数来优化系统性能。 第四章 频域分析与伯德图 频域分析提供了另一种理解系统行为的视角。本章将引入频率响应的概念，即系统对正弦输入信号的响应。我们将学习如何通过伯德图来直观地表示系统的幅频特性和相频特性。伯德图是分析系统稳定性和设计补偿器的重要工具。本章将详细讲解伯德图的绘制规则，以及如何从伯德图中提取系统的增益裕度和相位裕度，从而判断系统的稳定性。我们还将探讨不同类型滤波器（如比例、积分、微分环节）在频率域中的作用。 第五章 系统稳定性分析 稳定性是控制系统最基本的要求。本章将系统地介绍各种稳定性判据。我们将从李雅普诺夫稳定性理论入手，深入理解稳定性的数学定义。接着，我们将重点介绍代数稳定性判据，如劳斯-赫尔维茨判据，它能够根据特征方程的系数直接判断系统的稳定性，而无需求解极点。此外，本章还将回顾根轨迹法和伯德图法在稳定性分析中的应用，使读者能够从多个角度理解和评估系统的稳定性。 第六章 状态空间法 状态空间法是一种更通用、更强大的系统分析与设计方法，尤其适用于多输入多输出（MIMO）系统和时变系统。本章将详细介绍状态空间模型的建立，包括状态变量的选择和系统的运动方程。我们将学习如何求解线性定常系统的零输入响应和零状态响应，以及如何利用状态转移矩阵来描述系统的动态行为。本章还将引入能控性和能观测性的概念，它们是设计状态反馈控制器和状态观测器的重要前提。 第七章 状态反馈控制系统设计 基于状态空间模型，本章将重点介绍状态反馈控制器的设计。我们将深入探讨极点配置（极点配置）的设计方法，通过选择合适的状态反馈增益矩阵，将闭环系统的极点配置到期望的位置，从而实现期望的系统动态性能。本章还将介绍能控性在状态反馈设计中的重要性，并讨论一些鲁棒性设计思想，以提高系统对模型不确定性和外部扰动的抵抗能力。 第八章 PID 控制器设计与整定 比例-积分-微分（PID）控制器是工业界应用最广泛的控制器。本章将深入剖析PID控制器的原理，并介绍各种PID控制器参数整定方法。我们将讲解如何根据系统的时域响应特性（如超调量、调节时间）和稳态误差来整定P、I、D参数。本章还将介绍一些常用的整定方法，如试凑法、临界比例法（Ziegler-Nichols方法）、步阶响应法等，并讨论PID控制器在实际应用中可能遇到的问题及其解决方案。 第九章 状态观测器设计 在实际工程中，并非所有状态变量都能直接测量。状态观测器旨在通过系统的输入和输出信号来估计系统的状态变量。本章将介绍状态观测器的基本原理，并重点介绍最小阶观测器和全阶观测器的设计方法。我们将学习如何根据系统的能观测性来设计观测器增益，以实现对状态变量的快速而准确的估计。本章还将探讨观测器与状态反馈控制器的结合，实现闭环控制。 第十章 离散时间控制系统 随着数字技术的发展，离散时间控制系统变得越来越重要。本章将介绍离散时间系统的基本概念和建模方法，包括z变换及其性质。我们将学习如何将连续时间系统转换为离散时间系统，并分析离散时间系统的时域和频域特性。本章还将介绍离散时间系统的稳定性判据，以及离散时间PID控制器和状态空间控制器的设计方法。 第十一章 控制系统的鲁棒性分析与设计 在实际工程应用中，系统模型往往存在不确定性，外部扰动也难以完全消除。本章将介绍控制系统的鲁棒性概念，并探讨如何分析和设计对模型不确定性和外部扰动具有鲁棒性的控制器。我们将引入一些鲁棒控制的基本思想，如H∞控制和μ-分析，它们能够提供更强的理论保障来处理不确定性。 第十二章 非线性控制系统基础 本章将触及非线性控制系统的基本概念。我们将探讨非线性系统的建模方法，并介绍一些分析非线性系统的方法，如相平面法、李雅普诺夫第二法在非线性系统中的应用。我们将简要介绍一些常见的非线性控制策略，如反馈线性化、滑模控制等，为读者进一步深入学习非线性控制打下基础。 附录 附录部分将包含一些有用的补充材料，例如常用的数学变换的表格，以及一些高级控制理论的简介，以供读者参考和进一步学习。 结语 本书力求为读者提供一个坚实的现代控制系统理论基础。我们相信，通过对本书内容的深入学习和理解，读者将能够更好地分析和设计各种控制系统，从而在工程实践中取得更大的成就。控制理论是一个不断发展和创新的领域，我们鼓励读者在掌握本书内容的基础上，继续探索更广阔的领域。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我充满惊喜的教材，它不仅仅是一本教科书，更像是一位循循善诱的导师。我尤其欣赏书中对“鲁棒控制”和“自适应控制”等先进控制理论的介绍。虽然这些内容可能对于初学者来说有一定的挑战性，但作者通过清晰的逻辑和恰当的例子，让我能够初步领略到这些理论的精髓以及它们在解决实际工程问题中的强大能力。书中还对自动控制系统中的一些典型故障及其处理方法进行了分析，这让我认识到，在实际工程应用中，仅仅掌握理论是不够的，还需要具备一定的故障诊断和排除能力。我尝试着去理解书中关于“稳定性分析”的一些更深入的理论，比如使用刘维尔方程等，虽然还有些地方需要进一步消化，但这本书已经为我打开了通往更高级领域的大门。总而言之，这是一本内容丰富、条理清晰、既有深度又有广度的优秀教材，它让我对自动控制这门学科有了全新的认识和更深的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容组织逻辑性非常强，从最基础的概念讲起，一步步深入到更复杂的理论和应用。我特别喜欢书中对“状态空间分析法”的讲解。在学习传递函数方法时，总觉得它在处理多输入多输出系统时显得有些力不从心，而状态空间方法则提供了一个更普适、更强大的工具。书中详细介绍了如何建立系统的状态方程和输出方程，如何进行状态变量的变换，以及如何利用拉普拉斯变换或矩阵指数来求解系统的动态响应。我还记得，为了理解“零输入响应”和“零状态响应”这两个概念，我反复阅读了相关章节，并通过书中的例子，才真正理解了它们各自的物理意义。书中还涉及了一些关于最优控制和模糊控制的初步介绍，这让我看到了自动控制领域前所未有的前沿和深度，也激发了我未来深入研究这些方向的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的不仅仅是知识，更是一种思维方式的启发。在学习“系统辨识”这一章时，我深刻体会到了如何从实验数据中提取系统模型的重要性。书中介绍的最小二乘法、系统辨识的各种流程，都让我认识到，很多时候，我们并不能直接知道一个系统的精确数学模型，而需要通过观察它的行为来推断它的内在规律。这对于解决现实世界中各种复杂问题都非常有启发意义。我还非常喜欢书中对“非线性系统”的初步介绍，虽然篇幅不长，但它让我看到了自动控制领域更广阔的天地，以及其中的挑战和乐趣。书中在讲解过程中，经常会引用一些经典控制理论的奠基人的思想和贡献，这让我对接下来的学习充满了敬意和期待。阅读这本书，就像是在与一位经验丰富的工程师对话，他不仅传授你知识，更分享他的思考方式和解决问题的智慧。每一次阅读，都能有所收获，都能发现新的理解角度。

评分☆☆☆☆☆

这是一本真正能让你“学懂”而非“死记硬背”的教材。在阅读“频率响应分析”的章节时，我之前遇到的很多困惑都迎刃而解。作者通过对伯德图、奈奎斯特图的详细阐释，让我明白了如何从这些图上直观地获取系统的增益和相位信息，以及如何利用这些信息来判断系统的稳定性，并预测其动态响应。书中还详细讲解了如何根据给定的性能指标（如带宽、增益裕度、相位裕度）来设计控制器，这让我感到非常实用。我尝试着根据书中的方法，自己动手设计一个简单的滤波器，并用仿真软件验证了设计效果，这个过程让我获得了极大的成就感。此外，书中对“采样系统”和“数字控制器”的讲解，也让我对接下来的数字信号处理和嵌入式控制的学习有了很好的铺垫。这本书不仅仅是一本理论教材，更是一本实践指南，它真正做到了理论与实践的完美结合。

评分☆☆☆☆☆

从这本书的版式设计到内容的编排，都透露着严谨和用心。我最欣赏的是书中对“可控性”和“可观性”这两个概念的讲解。在很多教材中，这两个概念往往被一带而过，但在这本书中，作者花了相当的篇幅，通过深入浅出的数学推导和生动的例子，让我深刻理解了这两个概念的工程意义，以及它们在状态空间分析中的重要性。我还记得，为了理解“李雅普诺夫稳定性”的定义，我曾一度感到困惑，但书中结合了几何图形和数学描述，将抽象的稳定性概念形象化，让我能够更好地把握其精髓。书中还提供了大量的习题，并且难度适中，从基础概念的巩固到复杂问题的分析，覆盖了各个方面，这对于巩固课堂所学知识非常有帮助。我尝试着做了几道稍有难度的习题，虽然过程中遇到了一些挑战，但通过反复思考和查阅书中的相关内容，最终都能找到解题思路，这个过程本身就是一种非常宝贵的学习体验。这本书让我觉得，学习自动控制并非不可逾越的难关，只要方法得当，有好的引导，每个人都能掌握。

评分☆☆☆☆☆

让我印象深刻的是，这本书在讲解“系统稳定性”时，并没有仅仅停留在数学上的定义，而是通过大量生动的例子，将抽象的数学概念与实际工程中的稳定性和不稳定性现象紧密结合起来。比如，书中提到一个不稳定的系统可能会导致振荡、失控甚至损坏设备，这让我深刻理解了为什么稳定性分析如此重要。我还特别欣赏书中对“根轨迹法”的讲解，它提供了一种直观地观察系统参数变化对系统闭环极点位置的影响，进而判断系统稳定性的方法。通过绘制和分析根轨迹图，我能够清晰地看到，当某个参数改变时，系统的稳定性会发生怎样的变化。这种可视化和直观性，对于理解复杂的系统行为非常有帮助。书中还提供了许多关于如何通过调整控制器参数来改善系统稳定性和动态性能的实用技巧，这些都让我受益匪浅，也让我对如何设计出性能优越的控制系统有了更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我爱不释手、废寝忘食的教材。拿到《自动控制原理（第3版）》时，就被其扎实的理论基础和清晰的逻辑结构所吸引。书中开篇就以最基础的概念入手，循序渐进地讲解了自动控制系统的基本构成、数学模型建立以及时域、频域、根轨迹等分析方法。每一个概念的引入都恰到好处，不会显得突兀，也不会让人觉得过于枯燥。特别是关于传递函数和方块图的讲解，作者用了很多生动形象的例子，让我这个初学者也能迅速理解抽象的数学概念。更让我惊喜的是，书中还穿插了一些历史背景和发展脉络的介绍，这使得学习过程不仅仅是知识的堆砌，更像是在与一个领域进行一场深入的对话。对于很多复杂的公式推导，作者都给出了详细的步骤，并且还会点出关键的物理意义，这对于我这种需要理解“为什么”的读者来说，简直是雪中送炭。我尤其欣赏的是，书中在讲解完一个理论分析方法后，紧接着就会给出相应的工程应用实例，这让我能够立刻看到理论与实践的结合点，极大地增强了我学习的动力和兴趣。从最初对“闭环系统”一词的陌生，到如今能够初步分析一个系统的稳定性，这本教材功不可没。它不是那种只提供答案的书，而是引导我思考，让我主动去探索的良师益友。

评分☆☆☆☆☆

作为一名电子信息专业的学生，对自动控制这门学科的畏惧感由来已久，总觉得它抽象且难以掌握。然而，《自动控制原理（第3版）》这本书完全颠覆了我的这种想法。作者余成波教授以其深厚的学术功底和卓越的教学经验，将这门看似高深的学科讲解得深入浅出，引人入胜。从一开始介绍系统辨识的各种方法，到后来深入探讨PID控制器、状态空间等核心内容，每一个章节的过渡都极为自然流畅。我特别喜欢书中对根轨迹法的讲解，作者用到了大量的图示和详细的步骤，让原本复杂的几何分析变得清晰明了。我还记得为了理解“开环增益”和“相角裕度”的意义，我反复阅读了相关章节，最终通过书中的例子恍然大悟。书中不仅有理论推导，更有大量实际工程问题分析，比如如何根据性能指标调整控制器参数，如何处理系统中的噪声干扰等等，这些都极大地拓宽了我的视野，让我认识到自动控制在现实世界中的广泛应用。我甚至开始尝试用书中的方法来分析一些我生活中遇到的简单控制现象，这让我感觉自己离掌握这门学科又近了一步。总而言之，这是一本能够点燃学习热情、激发探索欲的优秀教材，它为我打开了通往自动控制领域的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是我学习自动控制的“救星”！之前接触过其他教材，总是感觉云里雾里，很多地方只给出了公式，却缺少了背后的逻辑和直观的解释。但《自动控制原理（第3版）》完全不同。作者以一种非常“接地气”的方式，把自动控制的原理掰开揉碎了讲。我记得我在理解“稳态误差”和“系统类型”这两个概念时，花了很长时间，但书中通过不同的输入信号（单位阶跃、单位斜坡、单位抛物线）和不同类型的系统（0型、1型、2型）进行对比分析，并给出了清晰的数学推导和图示，让我一下子就明白了它们之间的关系，以及它们对系统性能的影响。更值得称赞的是，书中对频率响应方法的讲解，例如奈奎斯特图和伯德图，作者都非常细致地解释了如何通过这些图来判断系统的稳定性以及分析系统的动态性能，而且还给出了很多实际应用的例子，比如如何根据频率响应曲线来设计滤波器。我尝试着自己绘制了一些伯德图，并根据书中的方法进行分析，发现自己真的能够读懂这些图的语言了。这本书让我对自动控制的理解不再是停留在概念层面，而是有了更深层次的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本《自动控制原理》绝对是我在电子信息领域阅读过的最出色的教材之一。我之前对“反馈控制”的概念一直理解得比较模糊，总觉得它只是一个简单的“信号往回传”的过程。但是，这本书让我明白了反馈控制的真正意义——它是一种通过测量系统的输出并将其与期望值进行比较，然后利用误差信号来调整系统输入以达到目标的过程。书中对各种控制器（PID、超前滞后控制器等）的详细分析，尤其是它们在改善系统性能方面的作用，让我茅塞顿开。我记得当我看到书中对PID控制器参数整定方法的讲解时，我仿佛看到了解决实际工程中许多“顽固”问题的钥匙。书中还涉及了数字控制系统的基本原理，这对于我们这个电子信息时代的学生来说尤为重要。通过离散化、零阶保持器等概念的讲解，我开始理解如何将连续时间系统转化为离散时间系统进行分析和设计。这本书让我对自动控制的认识从“是什么”上升到了“怎么用”，极大地激发了我进一步学习的兴趣。