自动控制原理及应用 廉振芳 等 9787564065010 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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廉振芳 等 著

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• 信号与系统
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出版社： 北京理工大学出版社

ISBN：9787564065010

商品编码：29465867828

包装：平装

出版时间：2012-08-01

基本信息

书名：自动控制原理及应用

定价：46.00元

作者：廉振芳 等

出版社：北京理工大学出版社

出版日期：2012-08-01

ISBN：9787564065010

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.341kg

编辑推荐

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廉振芳等编著的《自动控制原理及应用》重点介绍了自动控制原理的经典控制理论部分，内容包括：自动控制系统的基本概念，自动控制系统的数学模型，自动控制系统的时域分析法，控制系统的频域分析法，自动控制系统的校正和自动控制原理的应用等。本书可作为高职高专自动控制相关专业的教材。

内容提要

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目录

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章 绪论 1.1 自动控制理论概述 1.2 自动控制系统的基本概念 1.2.1 自动控制系统的基本原理和基本概念 1.2.2 自动控制系统的控制方式 1.2.3 自动控制系统的组成 1.2.4 自动控制系统举例 1.3 自动控制系统的分类 1.3.1 按输入信号变化的规律分类 1.3.2 按系统传输信号对时间的关系分类 1.3.3 按系统的输出量和输入量间的关系分类 l.3.4 按系统中的参数对时间的变化情况分类 1.4 对自动控制系统的基本要求 1.5 自动控制系统实例分析 本章小结与练习第2章 拉普拉斯变换及其应用 2.1 拉普拉斯变换的概念 2.1.1 定义 2.1.2 常见函数的拉氏变换 2.2 常用的性质和定理 2.2.1 线性性质 2.2.2 微分定理 2.2.3 积分定理 2.2.4 位移性质(也称复位移性质) 2.2.5 延迟定理(也称实位移性质) 2.2.6 初值定理 2.2.7 终值定理 2.3 拉氏反变换 本章小结与练习第3章 控制系统的数学模型 3.1 控制系统的微分方程 3.1.1 电路系统 3.1.2 线性定常微分方程的求解 3.2 传递函数 3.2.1 传递函数的基本概念 3.2.2 传递函数的定义 3.2.3 传递函数的性质 3.2.4 传递函数的求法 3.3 典型环节的数学模型及其动态响应 3.3.1 比例环节 3.3.2 积分环节 3.3.3 微分环节 3.3.4 惯性环节 3.3.5 振荡环节 3.3.6 延迟环节 3.4 控制系统的动态结构图 3.4.1 动态结构图 3.4.2 动态结构图的绘制 3.4.3 动态结构图的等效变换和化简 3.4.4 信号流图与梅逊公式 3.5 自动控制系统的传递函数 3.5.1 闭环控制系统的开环传递函数 3.5.2 给定输入信号R(s)作用下的闭环传递函数 3.5.3 扰动信号Ⅳ(s)作用下的闭环传递函数 3.5.4 闭环系统的误差传递函数 本章小结与练习 任务训练1 任务训练2第4章 时域分析法 4.1 典型输入信号及性能指标 4.1.1 典型输入信号 4.1.2 典型初始状态 4.1.3 典型时间响应 4.1.4 系统性能指标的定义 4.2 一阶系统分析 4.2.1 一阶系统的数学模型 4.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 4.2.3 一阶系统的单位阶跃响应的性能指标 4.3 二阶系统分析 4.3.1 二阶系统的数学模型 4.3.2 二阶系统的特征根及性质 4.3.3 二阶系统的单位阶跃响应 4.4 系统稳定性分析 4.4.1 稳定的基本概念 4.4.2 稳定的数学条件 4.4.3 劳斯判据 4.5 系统稳态误差分析 4.5.1 误差与稳态误差 4.5.2 稳态误差计算 4.5.3 系统型别 4.5.4 典型输入信号r(t)作用下的稳态误差与静态误差系数 4.5.5 干扰n(t)作用下的稳态误差 本章小结与练习 任务训练3 任务训练4第5章 控制系统的频域分析法 5.1 系统频率特性的基本概念 5.1.1 基本概念 5.1.2 频率特性的性质 5.1.3 频率特性的图形表示方法 5.2 典型环节的频率特性 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及绘制步骤 5.3.2 系统开环对数频率特性绘制举例 5.4 系统稳定性的频域分析 5.4.1 奈奎斯特稳定判据 5.4.2 对数频率稳定判据 5.4.3 稳定裕量 5.4.4 动态性能的频域分析 5.4.5 典型系统频域分析 本章小结与练习 任务训练5第6章 根轨迹法 6.1 根轨迹与根轨迹方程 6.1.1 根轨i亦的基本概念 6.1.2 根轨迹方程 6.2 绘制根轨迹的基本法则 6.2.1 根轨迹的个数 6.2.2 根轨迹的对称性 6.2.3 根轨迹的起点和终点 6.2.4 实轴上的根轨迹 6.2.5 根轨迹的渐近线 6.2.6 起始角与终止角 6.2.7 分离点 6.2.8 分离角与会合角 6.2.9 虚轴交点 6.2.10 根之和 6.3 控制系统的根轨迹分析法 6.3.1 闭环零、极点与阶跃响应的定 6.3.2 利用主导极点估算系统性能指标 6.3.3 根轨迹的改造对系统的影响 6.3.4 根轨迹法系统动态特性中的应用 本章小结与练习第7章 自动控制系统的校正 7.1 系统校正概述 7.1.1 系统校正的基本概念 7.1.2 系统校正的方式 7.1.3 常用校正装置 7.1.4 系统指标的确定 7.2 串联校正 7.2.1 比例(P)校正 7.2.2 比例一微分(PD)校正 7.2.3 比例一积分(PI)校正 7.2.4 比例一积分一微分(PID)校正 7.3 反馈校正 7.3.1 反馈校正的原理 7.3.2 反馈校正的分类与应用 7.4 复合校正 7.4.1 按输入补偿的复合校正 7.4.2 按扰动补偿的复合校正 7.5 自动控制系统的一般设计方法 7.5.1 自动控制系统设计的基本步骤 7.5.2 系统固有部分开环频率特性的确定 7.5.3 系统预期开环对数频率特性的确定 本章小结与练习第8章 直流调速系统 8.1 单闭环转速负反馈晶闸管直流调速系统 8.1.1 系统的组成 8.1.2 系统的框图 8.1.3 系统的自动调节过程 8.1.4 系统的性能分析 8.2 转速电流双闭环直流调速系统 8.2.1 双闭环直流调速系统的组成 8.2.2 系统动态结构图 8.2.3 双闭环直流调速系统的工作原理和自动调节过程 8.2.4 系统性能分析 8.2.5 系统的稳定性分析 8.2.6 双闭环直流调速系统的优点 8.2.7 给定积分器的应用 8.3 任务训练——转速电流双闭环直流调速系统设计实例 本章小结与练习 任务训练6参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《工程控制论：理论基础与实践案例》 第一部分：理论基础 第一章：系统建模与分析 本章深入探讨了工程控制系统建模的核心概念与方法。首先，我们将从工程实际出发，阐述建立系统数学模型的重要性，并介绍不同类型系统的特性，如线性与非线性、时不变与时变、连续与离散系统，为后续分析奠定基础。 接着，我们将重点介绍两种主流的建模方法： 时域建模： 讲解如何利用微分方程、传递函数以及状态空间方程来描述系统的动态行为。我们将详细阐述如何根据物理定律、电路分析、力学原理等推导出这些模型。通过对不同类型系统（如RLC电路、弹簧-阻尼系统、电机系统）的案例分析，帮助读者掌握时域建模的实际操作。 频域建模： 介绍如何利用拉普拉斯变换将时域模型转化为频域模型，并深入分析频率响应的概念，包括幅频特性和相频特性。我们将讲解伯德图、尼奎斯特图和根轨迹图等图形分析工具，以及它们在系统稳定性与性能分析中的作用。 在系统分析方面，本章将涵盖： 暂态响应分析： 探讨单位阶跃响应、脉冲响应等，分析系统的超调量、峰值时间、调节时间等关键性能指标，并介绍如何通过系统参数优化来改善暂态性能。 稳态误差分析： 讲解系统型别与稳态误差的关系，以及如何利用PID控制器等手段来消除或减小稳态误差。 稳定性分析： 介绍Routh-Hurwitz判据、Nyquist稳定判据和根轨迹法等经典稳定性判据，并阐述如何通过分析系统的特征方程来判断系统的稳定性。 第二章：控制器设计与实现 本章聚焦于控制器设计的基本原理和常用方法，旨在帮助读者理解如何根据系统特性和控制目标来选择和设计合适的控制器。 我们将从PID（比例-积分-微分）控制器这一最普遍和重要的控制器类型入手： PID控制器原理： 详细解析比例（P）、积分（I）、微分（D）三个控制分量的物理意义、作用以及对系统响应的影响。我们将通过生动的图示和数学推导，让读者深刻理解它们如何共同作用以达到期望的控制效果。 PID参数整定： 介绍多种实用的PID参数整定方法，包括试凑法、经验公式法（如Ziegler-Nichols法），以及模型依赖的整定方法。本章还将探讨自适应PID控制的思想，以应对系统参数变化的情况。 其他经典控制器： 除了PID，我们还将介绍其他一些重要的控制器类型，如超前/滞后校正器、状态反馈控制器等，并阐述它们的设计原理和适用场景。 在控制器实现方面，本章将讨论： 数字控制器的设计： 随着数字技术的飞速发展，数字控制器已成为主流。本章将介绍数字控制器的采样、量化、编码等基本概念，以及如何将连续时间控制器离散化，设计数字PID控制器。 先进控制策略简介： 为扩展读者的视野，本章还将简要介绍一些先进控制策略的概念，例如模糊控制、神经网络控制、模型预测控制（MPC）等，并阐述它们在处理复杂系统问题时的优势。 第三章：系统稳定性与鲁棒性 稳定性是控制系统设计的生命线。本章将深入探讨系统稳定性的概念，并引入鲁棒性这一关键的性能指标。 稳定性概念详解： 区分线性系统和非线性系统的稳定性定义，包括Lyapunov稳定性、渐近稳定性以及指数稳定性。我们将深入剖析稳定性判据的数学基础，并结合实例说明如何通过分析系统的传递函数或状态空间矩阵来判断稳定性。 Lyapunov稳定性理论： 详细介绍Lyapunov直接法和间接法，这是分析非线性系统稳定性的强大工具。我们将通过对不同形式Lyapunov函数的构造和性质的探讨，帮助读者掌握分析非线性系统稳定性的方法。 系统鲁棒性： 探讨在系统模型存在不确定性（如参数变化、外部干扰）时，控制系统能否保持稳定和满足性能要求。我们将介绍鲁棒性的一些衡量指标，以及一些旨在提高系统鲁棒性的设计方法，如H-infinity控制和LMI（线性矩阵不等式）方法（仅作概念性介绍）。 第四章：最优控制与自适应控制 本章将进一步探讨更高级的控制理论，以期实现系统性能的最优化和对未知或变化系统的有效控制。 最优控制基础： 介绍最优控制的基本思想，即在给定的约束条件下，寻找使某个性能指标（如能量消耗、响应时间）达到最优的控制规律。我们将重点介绍线性二次型调节器（LQR）的设计方法，它是一种广泛应用于线性系统最优控制的有效手段。 动态规划原理： 阐述Bellman的动态规划原理，这是求解最优控制问题的重要理论基础。我们将通过一些经典的例子，说明如何利用动态规划来推导出最优控制的必要条件。 自适应控制： 重点研究当被控对象模型未知或发生变化时，如何设计能够自动调整控制器参数的自适应控制器。我们将介绍几种典型的自适应控制方法，例如梯度自适应算法、Lyapunov自适应算法等，并分析它们在实际应用中的优缺点。 第二部分：应用实践 第五章：机器人控制系统设计 机器人作为现代工程领域的重要组成部分，其控制系统设计是本章的核心。 机器人动力学建模： 介绍机器人运动的运动学与动力学基本原理，包括正逆运动学、雅可比矩阵，以及如何建立机器人的动力学方程。 机器人轨迹规划： 讲解如何为机器人规划平滑、高效的运动轨迹，包括点到点轨迹和连续轨迹的生成。 机器人控制策略： 详细阐述针对不同类型机器人（如关节式机器人、移动机器人）的控制策略，包括位置控制、力/位混合控制、视觉伺服控制等。我们将分析PID控制在机器人关节控制中的应用，以及更先进的控制方法，如模型预测控制在机器人路径跟踪中的应用。 典型机器人应用案例： 通过对工业机器人、服务机器人等典型应用场景的分析，展示机器人控制系统设计的具体流程和面临的挑战。 第六章：电力电子系统控制 电力电子技术是现代能源系统和工业自动化的关键。本章将重点介绍电力电子系统的控制。 电力电子变换器模型： 介绍开关变换器（如Buck, Boost, Buck-Boost）的开关过程和稳态特性，以及如何建立其平均模型和状态空间模型。 伺服控制技术： 深入讲解PWM（脉冲宽度调制）技术在电力电子系统中的应用，以及如何利用电压模式控制、电流模式控制等方法来稳定和控制变换器的输出。 直流-直流、直流-交流、交流-交流变换器控制： 分别针对不同类型的变换器，介绍其控制原理和设计方法，例如，如何控制DC-DC变换器实现电压稳压，如何控制DC-AC逆变器实现高质量的正弦波输出。 新能源并网控制： 介绍如何控制风力发电、太阳能光伏发电等新能源系统并网，包括最大功率点跟踪（MPPT）技术和电网谐波抑制等。 第七章：过程控制系统应用 化工、冶金、食品等过程工业是自动化控制技术的重要应用领域。 过程工业系统特点： 分析过程控制系统（如温度、压力、流量、液位控制）的典型特点，包括大滞后、大惯性、多变量耦合等。 PID控制器在过程控制中的应用： 详细探讨PID控制器在单回路控制中的广泛应用，包括各种控制回路的组成、参数整定技巧，以及防止积分饱和和微分先行等问题。 多变量控制策略： 介绍如何处理过程工业中的多变量耦合问题，例如，增益调度、解耦控制、模型预测控制（MPC）在优化生产过程中的应用。 先进过程控制技术： 简要介绍模型基准控制（MBC）、内部模型控制（IMC）等先进控制技术在复杂过程优化中的作用。 第八章：车辆动力学与控制 汽车、无人机等交通工具的性能很大程度上依赖于其先进的控制系统。 车辆运动模型： 介绍不同类型车辆（如乘用车、商用车、无人机）的简化运动学和动力学模型。 方向盘转角控制与稳定性： 探讨如何通过方向盘转角控制来实现车辆的循迹和转向，并介绍稳定性控制系统（如ESC）的工作原理。 动力系统控制： 讲解发动机控制、变速器控制等，以及如何实现高效、环保的动力输出。 自动驾驶技术中的控制： 结合自动驾驶的场景，介绍目标跟踪、路径跟随、障碍物规避等控制任务，并简要提及一些前沿的自动驾驶控制技术。 第九章：系统仿真与实验 理论与实践相结合是掌握自动控制的关键。本章将强调仿真和实验在控制系统设计与验证中的重要性。 仿真软件介绍： 介绍主流的工程仿真软件，如MATLAB/Simulink，并展示如何利用其强大的建模和仿真功能来分析和验证控制系统。 仿真模型构建： 通过实例演示，指导读者如何构建不同类型系统的仿真模型，包括物理模型、数学模型，以及如何集成控制器模型。 仿真结果分析： 讲解如何对仿真结果进行深入分析，包括时域响应、频域响应、稳定性裕度等，并根据仿真结果调整控制器设计。 硬件在环（HIL）仿真： 介绍HIL仿真的概念和优势，以及如何将其应用于更接近实际硬件的验证过程。 实验平台搭建与调试： 介绍实际的控制系统实验平台，包括硬件选型、接线、软件调试等基本流程，并强调安全规范和实验误差分析。 本书内容力求理论与实践并重，通过丰富的案例分析，引导读者从基础概念到实际应用，掌握自动控制系统设计的关键技术，并培养解决实际工程问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

刚收到这本《自动控制原理及应用》，还没来得及深入研读，但就初步翻阅的感受来说，它的编排设计和整体风格给我留下了深刻印象。首先，书的装帧质量相当不错，纸张的厚度和触感都比较舒适，不易出现反光，长时间阅读眼睛也不易疲劳。封面设计简洁大气，字体清晰，排版上，公式和文字的间距适中，重点内容也通过加粗或底纹等方式进行了突出，对于初学者来说，这种清晰直观的呈现方式能够大大降低学习的门槛。我特别喜欢它在介绍基本概念时，往往会辅以图示或者小案例，比如在讲解PID控制器原理时，不仅仅是公式推导，还配有不同参数下系统响应曲线的模拟图，这对于理解抽象的数学模型非常有帮助。虽然我还没来得及做练习题，但目录中丰富的习题数量预示着这本书的实践性很强，理论结合实际的教学思路是我想看到的。总的来说，这本书给我的第一印象是严谨又不失灵活性，既有扎实的理论基础，又不乏实际应用的考量，是一本值得细细品味的学习资料。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的直观感受是，它非常注重理论与实践的结合，并且在这一点上做得相当到位。书中不仅仅是枯燥的数学公式和理论推导，作者还巧妙地将许多现实世界中的控制系统案例融入其中，例如在讲解离散时间系统时，就联系到了数字信号处理和计算机控制等实际应用。我喜欢它在分析系统性能时，不仅仅给出理论计算结果，还会解释这些结果在实际工程中意味着什么，以及如何根据这些结果进行调整和优化。此外，书中的一些图表和仿真结果的呈现方式，也让我感觉更加直观易懂。虽然我目前还在学习初期的内容，但这本书已经展现出了它在指导实际工程项目中的巨大潜力。它似乎在鼓励我不仅要理解“是什么”，更要理解“为什么”和“怎么做”，这种教学思路对于培养独立解决问题的能力至关重要。

评分☆☆☆☆☆

我对于这本书的结构安排和教学方法有着自己的看法，觉得它在某些方面确实做得非常出色。比如，它在引入一些高级概念之前，都会先回顾相关的基础知识，确保读者能够跟得上思路，这种“承上启下”的处理方式非常体贴。在我看来，一本好的教材不仅在于知识的深度，更在于它能否有效地将知识传递给读者，而这本书在这方面显然是下足了功夫。它在讲解过程中，经常会设置一些“思考题”或者“拓展阅读”的提示，鼓励读者进行更深入的思考和自主学习，而不是简单地被动接受信息。我特别喜欢它在介绍某些控制算法时，会对比不同算法的优缺点以及适用场景，这有助于我形成一个更全面的认识，并能在未来的实际项目中做出更合适的选择。虽然我可能无法立刻消化所有内容，但我相信，通过反复研读和实践，这本书一定会成为我掌握自动控制技术的重要帮手。

评分☆☆☆☆☆

从我个人有限的接触来看，这本书给我的感觉是知识的广度和深度都兼顾得相当好。它不仅仅局限于传统的经典控制理论，还触及了一些现代控制理论的基础，比如状态空间表示法和一些初步的鲁棒控制思想。我注意到书中在讲解一些复杂算法时，往往会给出相应的算法流程图，并配以伪代码或者简单的算例，这对于我理解算法的实现细节非常有帮助。让我印象深刻的是，它在介绍一些优化控制方法时，不仅仅是罗列公式，还会解释这些方法背后的优化目标和约束条件，让我明白为什么会使用这样的方法。同时，书中还包含了一些关于控制系统设计的原则和流程介绍，这对于我这样一个希望将理论知识转化为实际能力的学习者来说，是非常宝贵的。虽然我还没有机会去验证书中的案例，但它的内容深度已经让我看到了未来深入学习和研究的可能性。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节划分和内容逻辑让我觉得非常顺畅。它从最基础的系统模型建立、传递函数入手，循序渐进地引入了稳定性分析、根轨迹法、频率特性法等一系列经典控制理论，并且在每一个部分都花了不少篇幅去解释原理的由来和推导过程，这一点对于我这种喜欢刨根问底的学习者来说尤为重要。我尤其欣赏它在讲解Nyquist图和Bode图时，没有仅仅停留在绘图技巧上，而是深入剖析了这些工具如何帮助我们直观地理解系统的动态性能和稳定性裕度。更难得的是，作者在理论讲解的间隙，穿插了许多实际工程中的应用场景，比如在介绍状态空间法时，就联系到了多输入输出系统的控制问题，让我能更清晰地认识到理论在解决复杂工程问题中的价值。虽然我目前还在学习前期的基础理论阶段，但这本书的架构已经让我对后续学习充满了期待，它似乎在为我搭建一个坚实的知识框架，让我能够更自信地去探索自动控制领域的奥秘。