自動控製原理(第2版)(上冊)(附光盤)——全國高等學校自動化專業係列教材 吳麒,王詩密 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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吳麒，王詩密 著

圖書標籤:

• 自動控製原理
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• 王詩密
• 第2版
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齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302129691

商品編碼：15072719477

包裝：平裝

齣版時間：2006-08-01

圖書基本信息
圖書名稱	自動控製原理(第2版)(上冊)(附光盤)——全國高等學校自動化專業係列教材	作者	吳麒,王詩密
定價	45.00元	齣版社	清華大學齣版社
ISBN	9787302129691	齣版日期	2006-08-01
字數	695000	頁碼	515
版次	2	裝幀	平裝
開本		商品重量	0.781Kg

內容簡介

本書比較全麵地覆蓋瞭大學本科“自動控製理論”課程的主要內容，是大學的本科基礎教材。本書在處理傳統控製理論與狀態空間控製理論的關係上，采取“數學描述統一，工程研究分開”的方法。在狀態空間控製理論的陳述方法上，本書努力避免單調的數學論證模式，而盡量聯係工程實際，這些特點使本書既保持應有的理論水平，又適閤於實際教學使用。 本書上冊敘述控製係統的數學描述（經典的和狀態空間的）和經典控製理論的大部分內容，下冊除敘述非綫性係統和采樣係統外，主要敘述狀態空間控製理論和*控製。 本書可作為自動化專業本科生的教科書，也可作為其他與控製有關的專業的本科生與研究生以及科技與工程人員的參考書。

作者簡介

吳麒，清華大學自動化係教授，博士研究生導師，中國自動化學會榮譽理事，1952年畢業於清華大學電機工程係，1959年獲蘇聯技術科學博士學位，長期從事控製理論和控製工程的教學科研工作，與同事閤作編著有《自動控製原理》、《多變量頻率域控製理論》和《控製係統的智能設計》

目錄

第1章 緒論 　1.1 自動控製 　1.2 反饋控製 　1.3 按擾動控製 　1.4 控製器的構成 　1.5 隨動係統與恒值調節係統 　1.6 自動控製理論的發展簡史 　1.7 自動控製學科在中國的發展曆程 　附錄1 中國學者在自動控製理論方麵的研究成果 第2章 控製係統的數學描述 　2.1 引言 　2.2 運動對象的微分方程描述 　　2.2.1 列寫原始運動方程組 　　2.2.2 非綫性方程的綫性化 　　2.2.3 為復雜對象建立數學模型 　　2.2.4 從原始方程組導齣單變量微分方程 　　2.2.5 離散時間運動方程 　2.3 微分方程的解的結構與運動的模態 　2.4 微分方程的解在初始時刻的跳變 　2.5 拉普拉斯變換 　　2.5.1 拉普拉斯變換的定義 　　2.5.2 拉普拉斯變換的基本性質 　　2.5.3 用拉普拉斯變換解綫性微分方程 　2.6 運動對象的狀態空間描述 　　2.6.1 狀態變量、狀態嚮量與狀態空間 　　2.6.2 狀態方程與輸齣方程 　　2.6.3 從原始方程組導齣狀態方程組 　　2.6.4 狀態嚮量的變換 　2.7 矩陣指數函數 　　2.7.1 矩陣指數函數的定義與基本性質 　　2.7.2 用矩陣指數函數解狀態方程 　2.8 狀態轉移矩陣 　2.9 運動對象的傳遞函數描述 　　2.9.1 傳遞函數 　　2.9.2 框圖 　　2.9.3 傳遞函數的極點與零點 　　2.9.4 傳遞函數的解耦零點 　　2.9.5 傳遞函數矩陣 　　2.9.6 狀態空間描述下的傳遞函數矩陣 　2.10 閉環係統的傳遞函數 　　2.10.1 復雜框圖的傳遞函數 　　2.10.2 閉環係統的傳遞函數 　2.11 控製係統的基本單元 　2.12 信號流圖 　2.13 控製係統的係統矩陣描述 　　2.13.1 廣義狀態方程與係統矩陣 　　2.13.2 係統矩陣描述下的傳遞函數矩陣 　2.14 係統矩陣的嚴格係統等價變換 　　2.14.1 嚴格係統等價變換 　　2.14.2 傳遞函數矩陣的史密斯－麥剋米倫標準形 　　2.14.3 傳遞函數矩陣的極點和零點 　2.15 閉環係統的特徵多項式 　2.16 小結 　附錄2.1 從框圖求傳遞函數的流程 　附錄2.2 求多項式矩陣的史密斯標準形的例題 　習題 第3章 綫性控製係統的運動 　3.1 引言 　3.2 穩定性問題 　　3.2.1 運動的穩定性 　　3.2.2 綫性係統運動穩定性的充分必要條件 　　3.2.3 穩定性的李雅普諾夫定義 　　3.2.4 李雅普諾夫方法 　3.3 穩定性的代數判據 …… 第4章 綫性控製係統的頻率響應分析 第5章 綫性控製係統頻率特性的校正與綜閤 第6章 根軌跡方法及控製係統根軌跡的校正 上冊部分習題參考答案 上冊名詞索引 附： 多變量控製係統分析和設計軟件IntelDes 3.0（光盤）

編輯推薦

文摘

序言

《現代控製理論與工程實踐》 一、 概述 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的現代控製理論的學習框架，並強調其在實際工程應用中的指導意義。我們力求在理論的嚴謹性與工程的實踐性之間找到最佳平衡點，幫助讀者不僅理解控製係統的基本原理，更能掌握分析、設計和優化復雜控製係統的能力。全書內容覆蓋瞭從經典控製理論的核心概念，到現代控製理論的前沿進展，並通過大量工程實例和仿真練習，將抽象的數學模型轉化為可操作的工程解決方案。本書適閤高等院校自動化、電子工程、機械工程、航空航天等相關專業的本科生、研究生，以及從事控製係統設計、開發和應用的研究人員和工程師閱讀。 二、 內容要點 第一部分：經典控製理論迴顧與基礎構建 在進入現代控製理論之前，迴顧和鞏固經典控製理論的基礎至關重要。本部分將係統地梳理經典控製理論的核心內容，為後續的深入學習打下堅實的基礎。 1. 係統建模與數學錶示： 傳遞函數與方塊圖：深入講解綫性時不變（LTI）係統的傳遞函數概念，包括其物理意義、推導方法以及在係統分析中的作用。學習如何使用方塊圖來錶示復雜的係統結構，並掌握方塊圖的簡化技巧。 微分方程與狀態空間方程：詳細闡述如何通過物理定律或實驗數據建立係統的微分方程模型。在此基礎上，引入現代控製理論的核心——狀態空間方程，詳細講解狀態變量的選擇、狀態方程的建立及其與傳遞函數之間的聯係。 係統類型與性能指標：迴顧係統類型（如零型、一型、二型係統）對穩態誤差的影響，並深入分析瞬態響應指標（如超調量、峰值時間、調節時間）和穩態精度指標。理解這些指標如何量化係統的性能，以及它們之間的權衡關係。 2. 時域分析與穩定性判據： 單位階躍響應與單位斜坡響應：分析典型輸入信號（如單位階躍、單位斜坡）作用下係統的時域響應特性，理解不同係統參數對響應軌跡的影響。 Routh-Hurwitz穩定性判據：詳細講解Routh-Hurwitz判據的原理、計算步驟以及如何利用它來判斷係統的穩定性，包括對參數變化的敏感性分析。 根軌跡法：深入理解根軌跡的概念及其在分析係統閉環極點位置變化中的作用。學習如何根據開環傳遞函數的零極點繪製根軌跡，並利用根軌跡來設計控製器以滿足性能要求。 3. 頻域分析與穩定性判據： 頻率響應與Bode圖：講解頻率響應的物理意義，以及如何通過Bode圖（幅頻特性和相頻特性）來描述係統的頻率特性。學習如何分析Bode圖中的增益裕度和相裕度，並理解它們與係統穩定性的關係。 Nyquist穩定判據：深入講解Nyquist判據的原理，包括Nyquist麯綫的繪製方法以及如何利用它來判斷係統的穩定性，尤其適用於具有延遲環節或復雜傳遞函數的係統。 MIMO係統初步：簡要介紹多輸入多輸齣（MIMO）係統的概念，並初步探討其在頻域分析中的挑戰。 第二部分：現代控製理論核心與工具 本部分將係統地介紹現代控製理論的數學框架和核心概念，為分析和設計更復雜的控製係統提供強大的工具。 1. 狀態空間方法： 狀態變量的意義與選擇：深入探討狀態變量在描述係統內部狀態方麵的作用，並介紹不同係統中狀態變量的選擇原則和方法。 綫性時不變（LTI）係統的狀態方程：詳細推導和分析LTI係統的連續時間和離散時間狀態方程。 可控性與可觀測性：這是現代控製理論的兩個基本概念。詳細講解可控性判據（如Gramian矩陣法、秩判據）和可觀測性判據（如Gramian矩陣法、秩判據），理解它們對於狀態反饋控製和狀態觀測器設計的重要性。 模態控製與狀態反饋：深入講解模態控製的概念，即通過狀態反饋來任意配置閉環係統的極點（模態）。詳細介紹全狀態反饋的控製律設計，包括極點配置法和綫性二次型調節器（LQR）方法。 狀態觀測器設計：當所有狀態變量無法直接測量時，需要設計狀態觀測器來估計它們。詳細介紹Luenberger觀測器的原理、設計方法，以及其與係統可觀測性的關係。 2. 綫性二次型調節器（LQR）： LQR問題定義與最優性：詳細講解LQR問題，即在滿足一定約束條件下，使二次型性能指標（包含狀態和控製輸入）最小化的問題。 Riccati方程：推導並求解代數Riccati方程（ARE）或微分Riccati方程（DRE），以獲得最優狀態反饋增益。 LQR在係統設計中的應用：通過實例展示LQR在設計高性能、魯棒的控製係統中的優勢，包括其對係統不確定性和擾動的魯棒性。 3. 離散時間係統分析與設計： 離散時間狀態空間方程：講解如何將連續時間係統離散化，以及離散時間係統的狀態空間錶示。 離散時間係統穩定性：分析離散時間係統的穩定性判據（如單位圓判據）。 離散時間LQR與極點配置：介紹離散時間係統的LQR設計和極點配置方法。 第三部分：魯棒控製與現代控製工程實踐 本部分將進一步探討控製係統的魯棒性問題，並結閤實際工程應用，講解更高級的控製策略和設計流程。 1. 魯棒性分析與H∞控製： 係統不確定性的建模：介紹不同類型的不確定性（如參數不確定性、模型簡化不確定性、外部擾動）的建模方法。 魯棒穩定性的概念：定義和分析在不確定性存在的情況下，係統的穩定性是否能夠得到保證。 H∞控製理論基礎：引入H∞範數的概念，講解其在度量係統增益和魯棒性方麵的作用。介紹H∞控製器設計的基本原理和方法（如標準H∞控製、乾擾শক্তি抑製）。 H∞控製在工程中的應用：通過案例分析H∞控製在提高係統對模型不確定性和外部擾動魯棒性方麵的優勢。 2. 模型預測控製（MPC）： MPC的基本原理：講解MPC的核心思想——基於模型對未來一段時間內的係統行為進行預測，並優化控製輸入序列，然後僅施加第一個控製輸入。 MPC的優勢：分析MPC在處理約束（輸入約束、狀態約束）、多變量耦閤和非綫性係統方麵的優越性。 MPC的實現：介紹MPC的預測模型、優化問題求解以及滾動優化過程。 MPC在工業過程控製中的應用：通過實際工業案例，展示MPC在煉油、化工、電力等領域的成功應用。 3. 係統辨識與自適應控製： 係統辨識的概念與方法：講解如何利用實驗數據來建立和更新係統的數學模型，包括參數估計方法。 自適應控製基本原理：介紹自適應控製的概念，即控製器參數能夠根據係統動態特性的變化而自動調整。 常見自適應控製策略：簡要介紹如梯度法、Lyapunov法等自適應控製算法。 自適應控製的應用場景：分析自適應控製在處理模型參數變化、外部環境變化等情況下的適用性。 4. 先進控製技術概覽： 非綫性控製：簡要介紹一些經典的非綫性控製方法，如反饋綫性化、滑模控製等，以及它們在處理非綫性係統中的應用。 智能控製：初步介紹模糊控製、神經網絡控製等智能控製技術，及其在復雜係統建模和控製中的潛力。 分布式控製與網絡化控製：探討分布式控製係統的架構和挑戰，以及網絡化控製係統中通信延遲、丟包等問題的影響。 第四部分：工程實踐與仿真工具 理論知識最終需要通過工程實踐來檢驗和應用。本部分將指導讀者如何將所學知識應用於實際問題，並介紹常用的仿真工具。 1. 工程應用實例分析： 機器人控製：分析機器人關節的動力學建模、位置和力控製的設計。 航空航天係統控製：探討飛機姿態控製、導彈製導等係統的設計。 過程控製係統：以化工反應器、鍋爐等為例，講解PID控製、模型預測控製在過程控製中的應用。 電力係統控製：分析發電機勵磁控製、電網穩定控製等。 汽車電子控製：如發動機管理係統、ABS/ESP等。 2. 仿真工具與軟件應用： MATLAB/Simulink：詳細介紹MATLAB在控製係統建模、分析和仿真中的強大功能。重點講解Simulink的建模環境，如何搭建Simulink模型，如何利用控製係統工具箱（Control System Toolbox）和Simulink的各種模塊進行係統仿真和分析。 其他仿真工具：簡要介紹LabVIEW、Python（配閤SciPy、NumPy等庫）等在控製係統開發中的應用。 3. 設計流程與調試策略： 係統建模與分析：強調準確建模是控製係統設計的基礎。 控製器設計與參數整定：介紹不同控製器設計方法的選擇原則，以及如何根據性能指標進行參數整定。 仿真與驗證：強調仿真在驗證控製器性能、發現潛在問題中的作用。 實際係統調試：介紹將仿真結果應用於實際係統時可能遇到的挑戰，以及調試策略。 三、 本書特色 理論與實踐並重：本書在介紹控製理論概念的同時，緊密結閤工程實際，通過大量的案例分析和仿真練習，幫助讀者將理論知識轉化為解決實際工程問題的能力。 體係完整，循序漸進：從經典控製理論的基礎迴顧，到現代控製理論的核心內容，再到前沿的魯棒控製和模型預測控製，本書構建瞭一個完整的學習體係，邏輯清晰，便於讀者理解和掌握。 強調數學工具的應用：重點介紹狀態空間方法、LQR、H∞控製等強大的數學工具，並指導讀者如何熟練運用MATLAB/Simulink等軟件進行建模、仿真和分析。 注重工程可行性：在介紹各種控製理論和方法時，本書不僅關注理論上的最優性，更考慮其在實際工程中的可行性和實現難度。 豐富的工程案例：涵蓋瞭機器人、航空航天、過程控製、電力係統等多個領域的典型工程案例，使讀者能夠直觀地理解控製理論的應用場景。 四、 學習建議 建議讀者在學習本書時，不僅要理解理論概念，更要動手進行大量的仿真實驗。利用MATLAB/Simulink等工具，對書中介紹的係統模型和控製器進行參數調整，觀察不同參數對係統性能的影響，加深對理論的理解。積極思考如何將所學知識應用於自己感興趣的工程領域，培養解決實際問題的能力。 通過學習本書，讀者將能夠係統地掌握現代控製理論的知識體係，並具備獨立進行復雜控製係統分析、設計和優化的能力，為未來在自動化、智能製造、機器人等前沿技術領域的發展奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本《現代控製理論導論》真是讓人耳目一新！我一直對係統辨識和狀態空間分析的理論基礎感到好奇，但市麵上很多書籍要麼過於理論化，要麼過於工程化，很難找到一個恰到好處的切入點。這本書在這方麵做得非常齣色。它從最基礎的概念講起，比如綫性定常係統的定義、傳遞函數和時域響應，然後循序漸進地引入瞭狀態空間描述，這是理解現代控製理論的基石。我特彆喜歡它對狀態嚮量的直觀解釋，不再是抽象的數學符號，而是真正能理解為係統內部的“記憶”或“狀態”。書中通過大量的圖示和具體算例，將抽象的數學模型變得生動形象。例如，在講解可控性和可觀性時，作者並沒有直接拋齣判斷準則，而是通過一個簡單的機械係統，一步步分析為什麼需要這些概念，以及它們在實際應用中的意義。這種“由錶及裏”的講解方式，讓我對這些核心概念有瞭深刻的理解，不再是死記硬背公式。而且，書中的數學推導清晰嚴謹，邏輯性很強，每一步都給齣瞭詳細的說明，即使我對某些高等數學概念不太熟悉，也能跟著作者的思路理解下去。對於我這種剛入門的讀者來說，這簡直是學習現代控製理論的“聖經”。

評分☆☆☆☆☆

在接觸瞭《數字信號處理》這本教材後，我纔真正領略到數字世界的神奇之處。這本書的內容非常豐富，從最基礎的離散時間信號和係統，到復雜的數字濾波器設計，幾乎涵蓋瞭數字信號處理的所有核心領域。我之前一直以為數字信號處理就是一些數學公式的堆砌，但這本書完全顛覆瞭我的認知。它非常注重理論與實踐的結閤，通過大量的圖示和程序代碼示例，將抽象的算法變得可視化。例如，在講解Z變換時，書中不僅給齣瞭嚴謹的數學推導，還展示瞭如何利用MATLAB等工具對信號進行頻譜分析，直觀地展示瞭Z變換在係統分析中的應用。書中對數字濾波器設計的講解更是令人稱道，從FIR濾波器到IIR濾波器，作者都詳細介紹瞭各種設計方法，並分析瞭它們的優缺點。我尤其欣賞它在講解窗函數法時，對不同窗函數的頻率響應特性進行瞭詳細的對比分析，讓我能夠根據實際需求選擇最閤適的窗函數。這本書對於我這種希望從理論走嚮實際應用的學習者來說，無疑是一本寶貴的資源。

評分☆☆☆☆☆

《信號與係統》這本教材的編排真是太人性化瞭！我過去學習信號與係統時，經常會遇到一些概念上的障礙，尤其是在傅裏葉變換和拉普拉斯變換的部分，總感覺理解得不夠透徹。這本書在這方麵做得非常到位，它不僅詳細介紹瞭各種信號的錶示方法，如連續時間信號、離散時間信號，還深入淺齣地講解瞭捲積、相關等基本運算。最讓我印象深刻的是，作者在講解傅裏葉級數和傅裏葉變換時，非常注重數學概念的物理意義和幾何直觀性。書中通過對周期信號和非周期信號的頻譜分析，清晰地展示瞭頻率域與時域之間的轉換關係，讓我理解瞭為什麼傅裏葉變換是分析信號頻譜的強大工具。此外，它對各種係統性質的闡述也十分到位，例如綫性、時不變、因果性和穩定性，並用大量的實例來佐證這些性質。書中的習題設計也很有梯度，從基礎概念的鞏固到復雜問題的分析，都涵蓋瞭，做完之後感覺對整個知識體係都有瞭更深入的掌握。我特彆喜歡它在每章末尾總結的“要點迴顧”部分，能夠幫助我快速梳理本章的核心內容。

評分☆☆☆☆☆

《係統辨識》這本專著，以一種非常嚴謹且深入淺齣的方式，為我揭示瞭如何從觀測到的數據中“認識”一個未知係統。我過去一直認為，係統辨識是一個非常神秘且高深的領域，但這本書的齣現，徹底改變瞭我的看法。作者從最基本的模型結構選擇開始，詳細介紹瞭各種辨識方法的原理和適用範圍，例如最小二乘法、最大似然法、子空間辨識法等。我特彆喜歡書中對這些方法背後數學原理的深入剖析，以及它們是如何從數據中估計係統參數的。書中通過大量仿真例子，清晰地展示瞭不同辨識方法在不同噪聲環境下的性能錶現，這對於我理解方法的局限性和選擇閤適的辨識策略非常有幫助。此外，這本書還非常注重辨識模型的評估和驗證，介紹瞭如何利用殘差分析、信息準則等方法來評價模型的優劣，這使得辨識過程更加科學和可靠。讀完這本書，我感覺自己已經掌握瞭一套係統辨識的完整框架，並且能夠自信地將其應用於實際問題中。

評分☆☆☆☆☆

《最優控製理論》這本著作，猶如一扇通往精妙數學世界的大門。我一直對如何讓係統達到最優性能這個問題充滿好奇，而這本書則係統地解答瞭我所有的疑問。它從最基礎的最優控製問題定義齣發，逐步深入到貝爾曼最優性原理、動態規劃等核心概念。我特彆欣賞作者在講解這些抽象概念時，善於運用實際的工程問題作為引子，例如如何讓飛行器以最少的燃料到達目標，如何讓機器人手臂以最短的時間完成任務。這些生動的例子，不僅讓我更容易理解理論的內涵，也激發瞭我進一步探索的興趣。書中對龐特裏亞金最大值原理的闡述也十分清晰，雖然涉及到一些復雜的數學推導，但作者的邏輯性非常強，每一步都循循善誘，讓我能夠逐步理解其精髓。而且，書中還提供瞭大量的例題，並且對每道例題都進行瞭詳細的解答，這對於自學來說是極大的便利。這本書不僅僅是理論的講解，更是一種解決問題的思維方式的引導，讓我受益匪淺。