自動控製原理 第3版第三版 21世紀高等學校規劃教材·電子信息 餘成波 著 清華大學齣版社圖書籍 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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齣版社： 清華大學

ISBN：9787302478027

商品編碼：29874655031

書名：	自動控製原理（3版）（21世紀高等學校規劃教材·電子信息）
齣版社：	清華大學齣版社
齣版日期	2018
ISBN號：	9787302478027

本書主要介紹分析和設計反饋控製的經典理論和應用方法。全書共8章，內容包括自動控製的基本概念，自動控製的數學模型，自動控製的時域分析法、根軌跡法、頻率特性法，控製的校正、非綫性控製、離散控製的分析和綜閤應用等。在每章後麵分彆介紹瞭MATLAB在自動控製理論中的一些應用，以及如何利用計算機輔助設計方法解決自動控製領域的一些分析和設計問題。同時，各章均提供瞭一定數量的習題與MATLAB實驗題，以幫助讀者理解基本概念並掌握分析和設計方法。

本書可作為高等工科院校自動化及相關的教材，也可供從事自動化方麵工作的科技人員學習參考。

目錄

1章控製的基本概念

1.1引言

1.2開環控製與閉環控製

1.2.1開環控製

1.2.2閉環控製

1.3自動控製的組成

1.3.1基本組成部分

1.3.2自動控製中常用的名詞術語

1.4自動控製的分類

1.4.1按輸入信號的特點分類

1.4.2按描述的動態方程分類

1.4.3按的參數是否隨時間而變化分類

1.4.4按信號的傳遞是否連續分類

1.5自動控製的應用實例

1.5.1爐溫控製

1.5.2導彈發射架方位控製

1.5.3計算機控製

1.6自動控製理論發展簡史

1.7對自動控製的基本要求

習題

2章自動控製的數學模型

2.1控製微分方程的建立

2.1.1機械

2.1.2電——RLC串聯網絡

2.1.3機電

2.2非綫性微分方程的綫性化

2.2.1小偏差綫性化的概念

2.2.2非綫性(元件)綫性化處理舉例

2.2.3綫性化的條件及步驟

2.3傳遞函數

2.3.1傳遞函數的定義和性質

2.3.2用復數阻抗法求電網絡的傳遞函數

2.3.3典型環節及其傳遞函數

2.4控製的結構圖及其等效變換

2.4.1結構圖的基本概念

《現代控製係統理論與設計》 前言 本書旨在為讀者提供現代控製係統理論的全麵而深入的理解，涵蓋瞭從基礎概念到高級分析與設計技術的廣泛內容。我們力求在保持理論嚴謹性的同時，注重概念的清晰闡述與實際應用的結閤，幫助讀者建立紮實的理論基礎，並培養解決實際工程問題的能力。本書適用於高等院校電氣工程、自動化、計算機科學、機械工程等相關專業的本科生和研究生，也可作為相關領域研究人員和工程技術人員的參考書。 第一章 緒論 本章將帶領讀者進入控製係統的廣闊世界。我們將首先探討控製係統的基本概念、發展曆程及其在現代社會中的重要地位。通過生動的實例，如溫度控製、飛行器姿態穩定、機器人手臂運動等，揭示控製係統無處不在的應用。接著，我們將引入反饋控製的核心思想，並與開環控製進行對比，強調反饋在提高係統性能、抑製擾動和不確定性方麵的關鍵作用。本章還將概述本書的組織結構和學習路徑，為後續章節的學習奠定基礎。 第二章 係統建模與時域分析 建立精確的數學模型是理解和分析控製係統的第一步。本章將詳細介紹描述動態係統的各種常用模型，包括微分方程模型、傳遞函數模型以及狀態空間模型。我們將深入探討綫性定常係統的時域響應特性，例如單位階躍響應、單位脈衝響應等。通過分析這些響應，讀者將能夠理解係統的暫態性能指標（如超調量、調節時間、峰值時間）和穩態性能指標（如穩態誤差）。此外，本章還將介紹齊次解和特解的概念，以及如何利用這些工具來描述係統的整體行為。 第三章 綫性係統的根軌跡分析 根軌跡是分析綫性時不變係統穩定性和動態性能的有力工具。本章將詳細闡述根軌跡的繪製方法及其幾何特性。我們將學習如何確定特徵方程的根（閉環極點）如何隨開環增益的變化而移動。通過根軌跡圖，我們可以直觀地評估係統在不同增益下的穩定性，並對係統的動態響應做齣初步判斷。本章還將介紹根軌跡在控製器參數整定中的應用，幫助讀者理解如何通過調整控製器參數來優化係統性能。 第四章 頻域分析與伯德圖 頻域分析提供瞭另一種理解係統行為的視角。本章將引入頻率響應的概念，即係統對正弦輸入信號的響應。我們將學習如何通過伯德圖來直觀地錶示係統的幅頻特性和相頻特性。伯德圖是分析係統穩定性和設計補償器的重要工具。本章將詳細講解伯德圖的繪製規則，以及如何從伯德圖中提取係統的增益裕度和相位裕度，從而判斷係統的穩定性。我們還將探討不同類型濾波器（如比例、積分、微分環節）在頻率域中的作用。 第五章 係統穩定性分析 穩定性是控製係統最基本的要求。本章將係統地介紹各種穩定性判據。我們將從李雅普諾夫穩定性理論入手，深入理解穩定性的數學定義。接著，我們將重點介紹代數穩定性判據，如勞斯-赫爾維茨判據，它能夠根據特徵方程的係數直接判斷係統的穩定性，而無需求解極點。此外，本章還將迴顧根軌跡法和伯德圖法在穩定性分析中的應用，使讀者能夠從多個角度理解和評估係統的穩定性。 第六章 狀態空間法 狀態空間法是一種更通用、更強大的係統分析與設計方法，尤其適用於多輸入多輸齣（MIMO）係統和時變係統。本章將詳細介紹狀態空間模型的建立，包括狀態變量的選擇和係統的運動方程。我們將學習如何求解綫性定常係統的零輸入響應和零狀態響應，以及如何利用狀態轉移矩陣來描述係統的動態行為。本章還將引入能控性和能觀測性的概念，它們是設計狀態反饋控製器和狀態觀測器的重要前提。 第七章 狀態反饋控製係統設計 基於狀態空間模型，本章將重點介紹狀態反饋控製器的設計。我們將深入探討極點配置（極點配置）的設計方法，通過選擇閤適的狀態反饋增益矩陣，將閉環係統的極點配置到期望的位置，從而實現期望的係統動態性能。本章還將介紹能控性在狀態反饋設計中的重要性，並討論一些魯棒性設計思想，以提高係統對模型不確定性和外部擾動的抵抗能力。 第八章 PID 控製器設計與整定 比例-積分-微分（PID）控製器是工業界應用最廣泛的控製器。本章將深入剖析PID控製器的原理，並介紹各種PID控製器參數整定方法。我們將講解如何根據係統的時域響應特性（如超調量、調節時間）和穩態誤差來整定P、I、D參數。本章還將介紹一些常用的整定方法，如試湊法、臨界比例法（Ziegler-Nichols方法）、步階響應法等，並討論PID控製器在實際應用中可能遇到的問題及其解決方案。 第九章 狀態觀測器設計 在實際工程中，並非所有狀態變量都能直接測量。狀態觀測器旨在通過係統的輸入和輸齣信號來估計係統的狀態變量。本章將介紹狀態觀測器的基本原理，並重點介紹最小階觀測器和全階觀測器的設計方法。我們將學習如何根據係統的能觀測性來設計觀測器增益，以實現對狀態變量的快速而準確的估計。本章還將探討觀測器與狀態反饋控製器的結閤，實現閉環控製。 第十章 離散時間控製係統 隨著數字技術的發展，離散時間控製係統變得越來越重要。本章將介紹離散時間係統的基本概念和建模方法，包括z變換及其性質。我們將學習如何將連續時間係統轉換為離散時間係統，並分析離散時間係統的時域和頻域特性。本章還將介紹離散時間係統的穩定性判據，以及離散時間PID控製器和狀態空間控製器的設計方法。 第十一章 控製係統的魯棒性分析與設計 在實際工程應用中，係統模型往往存在不確定性，外部擾動也難以完全消除。本章將介紹控製係統的魯棒性概念，並探討如何分析和設計對模型不確定性和外部擾動具有魯棒性的控製器。我們將引入一些魯棒控製的基本思想，如H∞控製和μ-分析，它們能夠提供更強的理論保障來處理不確定性。 第十二章 非綫性控製係統基礎 本章將觸及非綫性控製係統的基本概念。我們將探討非綫性係統的建模方法，並介紹一些分析非綫性係統的方法，如相平麵法、李雅普諾夫第二法在非綫性係統中的應用。我們將簡要介紹一些常見的非綫性控製策略，如反饋綫性化、滑模控製等，為讀者進一步深入學習非綫性控製打下基礎。 附錄 附錄部分將包含一些有用的補充材料，例如常用的數學變換的錶格，以及一些高級控製理論的簡介，以供讀者參考和進一步學習。 結語 本書力求為讀者提供一個堅實的現代控製係統理論基礎。我們相信，通過對本書內容的深入學習和理解，讀者將能夠更好地分析和設計各種控製係統，從而在工程實踐中取得更大的成就。控製理論是一個不斷發展和創新的領域，我們鼓勵讀者在掌握本書內容的基礎上，繼續探索更廣闊的領域。

評分☆☆☆☆☆

這是一本讓我充滿驚喜的教材，它不僅僅是一本教科書，更像是一位循循善誘的導師。我尤其欣賞書中對“魯棒控製”和“自適應控製”等先進控製理論的介紹。雖然這些內容可能對於初學者來說有一定的挑戰性，但作者通過清晰的邏輯和恰當的例子，讓我能夠初步領略到這些理論的精髓以及它們在解決實際工程問題中的強大能力。書中還對自動控製係統中的一些典型故障及其處理方法進行瞭分析，這讓我認識到，在實際工程應用中，僅僅掌握理論是不夠的，還需要具備一定的故障診斷和排除能力。我嘗試著去理解書中關於“穩定性分析”的一些更深入的理論，比如使用劉維爾方程等，雖然還有些地方需要進一步消化，但這本書已經為我打開瞭通往更高級領域的大門。總而言之，這是一本內容豐富、條理清晰、既有深度又有廣度的優秀教材，它讓我對自動控製這門學科有瞭全新的認識和更深的理解。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容組織邏輯性非常強，從最基礎的概念講起，一步步深入到更復雜的理論和應用。我特彆喜歡書中對“狀態空間分析法”的講解。在學習傳遞函數方法時，總覺得它在處理多輸入多輸齣係統時顯得有些力不從心，而狀態空間方法則提供瞭一個更普適、更強大的工具。書中詳細介紹瞭如何建立係統的狀態方程和輸齣方程，如何進行狀態變量的變換，以及如何利用拉普拉斯變換或矩陣指數來求解係統的動態響應。我還記得，為瞭理解“零輸入響應”和“零狀態響應”這兩個概念，我反復閱讀瞭相關章節，並通過書中的例子，纔真正理解瞭它們各自的物理意義。書中還涉及瞭一些關於最優控製和模糊控製的初步介紹，這讓我看到瞭自動控製領域前所未有的前沿和深度，也激發瞭我未來深入研究這些方嚮的興趣。

評分☆☆☆☆☆

作為一名電子信息專業的學生，對自動控製這門學科的畏懼感由來已久，總覺得它抽象且難以掌握。然而，《自動控製原理（第3版）》這本書完全顛覆瞭我的這種想法。作者餘成波教授以其深厚的學術功底和卓越的教學經驗，將這門看似高深的學科講解得深入淺齣，引人入勝。從一開始介紹係統辨識的各種方法，到後來深入探討PID控製器、狀態空間等核心內容，每一個章節的過渡都極為自然流暢。我特彆喜歡書中對根軌跡法的講解，作者用到瞭大量的圖示和詳細的步驟，讓原本復雜的幾何分析變得清晰明瞭。我還記得為瞭理解“開環增益”和“相角裕度”的意義，我反復閱讀瞭相關章節，最終通過書中的例子恍然大悟。書中不僅有理論推導，更有大量實際工程問題分析，比如如何根據性能指標調整控製器參數，如何處理係統中的噪聲乾擾等等，這些都極大地拓寬瞭我的視野，讓我認識到自動控製在現實世界中的廣泛應用。我甚至開始嘗試用書中的方法來分析一些我生活中遇到的簡單控製現象，這讓我感覺自己離掌握這門學科又近瞭一步。總而言之，這是一本能夠點燃學習熱情、激發探索欲的優秀教材，它為我打開瞭通往自動控製領域的大門。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是我學習自動控製的“救星”！之前接觸過其他教材，總是感覺雲裏霧裏，很多地方隻給齣瞭公式，卻缺少瞭背後的邏輯和直觀的解釋。但《自動控製原理（第3版）》完全不同。作者以一種非常“接地氣”的方式，把自動控製的原理掰開揉碎瞭講。我記得我在理解“穩態誤差”和“係統類型”這兩個概念時，花瞭很長時間，但書中通過不同的輸入信號（單位階躍、單位斜坡、單位拋物綫）和不同類型的係統（0型、1型、2型）進行對比分析，並給齣瞭清晰的數學推導和圖示，讓我一下子就明白瞭它們之間的關係，以及它們對係統性能的影響。更值得稱贊的是，書中對頻率響應方法的講解，例如奈奎斯特圖和伯德圖，作者都非常細緻地解釋瞭如何通過這些圖來判斷係統的穩定性以及分析係統的動態性能，而且還給齣瞭很多實際應用的例子，比如如何根據頻率響應麯綫來設計濾波器。我嘗試著自己繪製瞭一些伯德圖，並根據書中的方法進行分析，發現自己真的能夠讀懂這些圖的語言瞭。這本書讓我對自動控製的理解不再是停留在概念層麵，而是有瞭更深層次的認識。

評分☆☆☆☆☆

讓我印象深刻的是，這本書在講解“係統穩定性”時，並沒有僅僅停留在數學上的定義，而是通過大量生動的例子，將抽象的數學概念與實際工程中的穩定性和不穩定性現象緊密結閤起來。比如，書中提到一個不穩定的係統可能會導緻振蕩、失控甚至損壞設備，這讓我深刻理解瞭為什麼穩定性分析如此重要。我還特彆欣賞書中對“根軌跡法”的講解，它提供瞭一種直觀地觀察係統參數變化對係統閉環極點位置的影響，進而判斷係統穩定性的方法。通過繪製和分析根軌跡圖，我能夠清晰地看到，當某個參數改變時，係統的穩定性會發生怎樣的變化。這種可視化和直觀性，對於理解復雜的係統行為非常有幫助。書中還提供瞭許多關於如何通過調整控製器參數來改善係統穩定性和動態性能的實用技巧，這些都讓我受益匪淺，也讓我對如何設計齣性能優越的控製係統有瞭更清晰的認識。

評分☆☆☆☆☆

從這本書的版式設計到內容的編排，都透露著嚴謹和用心。我最欣賞的是書中對“可控性”和“可觀性”這兩個概念的講解。在很多教材中，這兩個概念往往被一帶而過，但在這本書中，作者花瞭相當的篇幅，通過深入淺齣的數學推導和生動的例子，讓我深刻理解瞭這兩個概念的工程意義，以及它們在狀態空間分析中的重要性。我還記得，為瞭理解“李雅普諾夫穩定性”的定義，我曾一度感到睏惑，但書中結閤瞭幾何圖形和數學描述，將抽象的穩定性概念形象化，讓我能夠更好地把握其精髓。書中還提供瞭大量的習題，並且難度適中，從基礎概念的鞏固到復雜問題的分析，覆蓋瞭各個方麵，這對於鞏固課堂所學知識非常有幫助。我嘗試著做瞭幾道稍有難度的習題，雖然過程中遇到瞭一些挑戰，但通過反復思考和查閱書中的相關內容，最終都能找到解題思路，這個過程本身就是一種非常寶貴的學習體驗。這本書讓我覺得，學習自動控製並非不可逾越的難關，隻要方法得當，有好的引導，每個人都能掌握。

評分☆☆☆☆☆

這本《自動控製原理》絕對是我在電子信息領域閱讀過的最齣色的教材之一。我之前對“反饋控製”的概念一直理解得比較模糊，總覺得它隻是一個簡單的“信號往迴傳”的過程。但是，這本書讓我明白瞭反饋控製的真正意義——它是一種通過測量係統的輸齣並將其與期望值進行比較，然後利用誤差信號來調整係統輸入以達到目標的過程。書中對各種控製器（PID、超前滯後控製器等）的詳細分析，尤其是它們在改善係統性能方麵的作用，讓我茅塞頓開。我記得當我看到書中對PID控製器參數整定方法的講解時，我仿佛看到瞭解決實際工程中許多“頑固”問題的鑰匙。書中還涉及瞭數字控製係統的基本原理，這對於我們這個電子信息時代的學生來說尤為重要。通過離散化、零階保持器等概念的講解，我開始理解如何將連續時間係統轉化為離散時間係統進行分析和設計。這本書讓我對自動控製的認識從“是什麼”上升到瞭“怎麼用”，極大地激發瞭我進一步學習的興趣。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來的不僅僅是知識，更是一種思維方式的啓發。在學習“係統辨識”這一章時，我深刻體會到瞭如何從實驗數據中提取係統模型的重要性。書中介紹的最小二乘法、係統辨識的各種流程，都讓我認識到，很多時候，我們並不能直接知道一個係統的精確數學模型，而需要通過觀察它的行為來推斷它的內在規律。這對於解決現實世界中各種復雜問題都非常有啓發意義。我還非常喜歡書中對“非綫性係統”的初步介紹，雖然篇幅不長，但它讓我看到瞭自動控製領域更廣闊的天地，以及其中的挑戰和樂趣。書中在講解過程中，經常會引用一些經典控製理論的奠基人的思想和貢獻，這讓我對接下來的學習充滿瞭敬意和期待。閱讀這本書，就像是在與一位經驗豐富的工程師對話，他不僅傳授你知識，更分享他的思考方式和解決問題的智慧。每一次閱讀，都能有所收獲，都能發現新的理解角度。

評分☆☆☆☆☆

這是一本讓我愛不釋手、廢寢忘食的教材。拿到《自動控製原理（第3版）》時，就被其紮實的理論基礎和清晰的邏輯結構所吸引。書中開篇就以最基礎的概念入手，循序漸進地講解瞭自動控製係統的基本構成、數學模型建立以及時域、頻域、根軌跡等分析方法。每一個概念的引入都恰到好處，不會顯得突兀，也不會讓人覺得過於枯燥。特彆是關於傳遞函數和方塊圖的講解，作者用瞭很多生動形象的例子，讓我這個初學者也能迅速理解抽象的數學概念。更讓我驚喜的是，書中還穿插瞭一些曆史背景和發展脈絡的介紹，這使得學習過程不僅僅是知識的堆砌，更像是在與一個領域進行一場深入的對話。對於很多復雜的公式推導，作者都給齣瞭詳細的步驟，並且還會點齣關鍵的物理意義，這對於我這種需要理解“為什麼”的讀者來說，簡直是雪中送炭。我尤其欣賞的是，書中在講解完一個理論分析方法後，緊接著就會給齣相應的工程應用實例，這讓我能夠立刻看到理論與實踐的結閤點，極大地增強瞭我學習的動力和興趣。從最初對“閉環係統”一詞的陌生，到如今能夠初步分析一個係統的穩定性，這本教材功不可沒。它不是那種隻提供答案的書，而是引導我思考，讓我主動去探索的良師益友。

評分☆☆☆☆☆

這是一本真正能讓你“學懂”而非“死記硬背”的教材。在閱讀“頻率響應分析”的章節時，我之前遇到的很多睏惑都迎刃而解。作者通過對伯德圖、奈奎斯特圖的詳細闡釋，讓我明白瞭如何從這些圖上直觀地獲取係統的增益和相位信息，以及如何利用這些信息來判斷係統的穩定性，並預測其動態響應。書中還詳細講解瞭如何根據給定的性能指標（如帶寬、增益裕度、相位裕度）來設計控製器，這讓我感到非常實用。我嘗試著根據書中的方法，自己動手設計一個簡單的濾波器，並用仿真軟件驗證瞭設計效果，這個過程讓我獲得瞭極大的成就感。此外，書中對“采樣係統”和“數字控製器”的講解，也讓我對接下來的數字信號處理和嵌入式控製的學習有瞭很好的鋪墊。這本書不僅僅是一本理論教材，更是一本實踐指南，它真正做到瞭理論與實踐的完美結閤。