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廉振芳 等 著

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出版社： 北京理工大学出版社

ISBN：9787564065010

商品编码：29764684337

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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《现代信号处理理论与实践》 内容简介 本书深入探讨了现代信号处理的核心理论，并结合实际应用场景，旨在为读者构建一个全面而深刻的信号处理知识体系。我们将从信号的基本概念出发，逐步深入到复杂的信号分析、变换、滤波以及估计等关键技术，并辅以大量实际案例，展示这些理论如何在工程实践中发挥巨大作用。 第一篇 信号的数学基础 本篇是理解后续内容的基础。我们将首先回顾和梳理信号处理所需的必要数学工具，包括但不限于： 复变函数与傅里叶级数/变换： 深入剖析周期信号和非周期信号的频域表示，理解信号的频谱特性。我们将详细讲解傅里叶变换的性质、求解方法，并探讨其在信号分析中的地位，例如如何通过傅里叶变换来识别信号的频率成分、带宽等重要信息。 拉普拉斯变换与Z变换： 介绍连续时间和离散时间系统分析的强大工具。拉普拉斯变换对于分析连续时间线性时不变（LTI）系统的稳定性、频率响应至关重要；Z变换则在离散时间系统分析，特别是数字滤波器设计中不可或缺。我们将详细推导其收敛域的概念，以及如何利用它们来解决微分方程和差分方程。 概率论与随机过程： 信号处理往往需要处理带有噪声的实际信号，因此理解随机信号的统计特性是必不可少的。我们将介绍随机变量、概率分布、期望、方差等基本概念，并重点阐述平稳随机过程、功率谱密度等核心概念，为后续的信号估计和滤波奠定理论基础。 线性代数基础： 向量空间、矩阵运算、特征值分解等概念在多维信号处理、主成分分析等方面有着广泛应用。我们将回顾必要的内容，为理解高阶统计量和更复杂的信号模型提供支持。 第二篇 信号分析与表示 本篇将聚焦于如何有效地分析和表示各种类型的信号。 时域分析： 学习如何从时间轴上观察和理解信号的特性，包括信号的幅度、相位、周期性、瞬时频率等。我们将探讨信号的包络、瞬时相位等概念，尤其是在调制信号分析中的应用。 频域分析： 傅里叶变换是频域分析的基石。我们将深入研究功率谱密度（PSD）和能量谱密度（ESD）的概念，理解信号在不同频率上的能量分布。通过对信号进行频谱分析，我们可以揭示信号的内在结构，例如识别噪声、提取有用信息、判断系统特性等。 时-频分析： 很多信号的频率特性会随时间变化，例如语音信号、地震信号等。传统的傅里叶变换只能给出全局的频率信息，无法体现时间上的变化。本篇将介绍短时傅里叶变换（STFT）及其改进方法，如加窗傅里叶变换，并探讨更先进的时-频分析技术，如小波变换。小波变换能够提供多分辨率的分析，同时兼顾时间和频率的信息，在图像处理、信号去噪等方面表现出色。我们将详细讲解不同类型的小波基函数及其性质，以及如何根据信号特点选择合适的小波。 第三篇 信号变换与滤波 本篇是信号处理的核心技术之一，即如何通过变换和滤波来改变信号的特性，以达到去噪、增强、提取等目的。 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）： 详细介绍DFT的定义、性质及其在数字信号处理中的地位。重点讲解FFT算法，包括蝶形运算、基-2 FFT等，以及其在实际计算中的效率优势。 数字滤波器设计： IIR滤波器设计： 介绍无限脉冲响应（IIR）滤波器的基本原理，包括巴特沃斯、切比雪夫、椭圆等经典逼近方法，以及如何从模拟滤波器原型向数字滤波器进行转换（如脉冲不变法、双线性变换法）。重点分析IIR滤波器的优势（如阶数低）和劣势（如相位失真）。 FIR滤波器设计： 介绍有限脉冲响应（FIR）滤波器的基本原理。重点讲解窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗）和频率采样法，以及Parks-McClellan算法用于最优FIR滤波器设计。阐述FIR滤波器具有线性相位，且易于稳定实现的优点。 自适应滤波器： 介绍能够根据输入信号的统计特性自动调整自身参数的滤波器。重点讲解LMS（最小均方）算法及其变种，以及RLS（递归最小二乘）算法。自适应滤波器在噪声消除、回声消除、信道均衡等领域有广泛应用。 其他信号变换： 简要介绍沃尔什-哈达玛变换、离散余弦变换（DCT）等在特定领域的应用，例如DCT在图像和音频压缩中的重要作用。 第四篇 信号估计与检测 本篇将探讨如何从含有噪声的信号中估计出有用信息，以及如何从噪声中检测出目标信号。 谱估计： 介绍不同于傅里叶分析的谱估计方法。包括经典谱估计（如周期图法、Welch法）和现代谱估计（如AR模型、ARMA模型、最大熵谱估计）。重点分析这些方法的优缺点以及适用场景。 维纳滤波： 介绍最优线性滤波器，即维纳滤波器。通过最小化均方误差，维纳滤波器能够在噪声存在的情况下，尽可能准确地恢复原始信号。我们将详细推导维纳滤波器的形式，并分析其在信号去噪和预测中的应用。 卡尔曼滤波： 介绍用于估计动态系统状态的递归算法。卡尔曼滤波能够融合来自传感器测量值和系统模型的信息，得到最优的系统状态估计。我们将详细阐述卡尔曼滤波的预测和更新过程，并探讨其在导航、目标跟踪、经济预测等领域的应用。 信号检测： 介绍如何从背景噪声中检测出已知或未知信号。我们将探讨 Neyman-Pearson 准则，以及匹配滤波器在检测已知信号中的作用。 第五篇 实际应用与案例分析 本篇将通过具体的应用场景，展示信号处理理论的强大生命力。 通信系统中的信号处理： 调制与解调： 介绍AM, FM, PSK, QAM等调制技术，以及相应的解调方法。 信道均衡： 讲解如何利用信号处理技术克服多径效应和频率选择性衰落，提高通信质量。 噪声抑制与抗干扰： 应用滤波器和自适应技术来消除噪声，提高信号的可懂度。 音频与语音信号处理： 语音识别与合成： 介绍MFCC（梅尔频率倒谱系数）等特征提取方法，以及 Hidden Markov Model (HMM) 和深度学习在语音识别中的应用。 音频编码与压缩： 讲解 MP3, AAC 等音频编码格式的原理，涉及感知编码等概念。 声源定位与分离： 应用阵列信号处理技术来确定声源位置或分离混合声音。 图像与视频信号处理： 图像增强与去噪： 介绍滤波器（如高斯滤波、中值滤波）在图像去噪中的应用，以及直方图均衡化等增强技术。 图像压缩： 讲解 JPEG, MPEG 等图像视频压缩标准中DCT、小波变换等核心技术。 特征提取与目标识别： 介绍边缘检测、角点检测等图像特征提取方法，以及模式识别技术在目标识别中的应用。 生物医学信号处理： ECG/EEG信号分析： 介绍心电图、脑电图信号的滤波、特征提取和模式识别，用于疾病诊断。 医学影像处理： 包括MRI, CT等图像的重建、增强和分割。 其他应用领域： 简要介绍雷达信号处理、地震信号分析、机械振动分析等。 本书的特点 理论与实践相结合： 每一章的理论讲解都力求深入浅出，并紧密结合实际应用，通过大量的工程实例来加深读者对理论的理解。 数学工具的系统梳理： 在介绍核心信号处理理论之前，对必要的数学基础进行回顾和讲解，确保读者能够无障碍地学习。 覆盖面广： 涵盖了信号处理从基础到进阶的各个方面，既适合初学者入门，也为有一定基础的读者提供更深入的探讨。 注重计算实现： 在介绍算法时，也考虑了其在实际计算中的可行性和效率。 案例丰富多样： 旨在通过多元化的应用场景，让读者感受到信号处理技术的广泛应用前景。 通过学习本书，读者将能够系统地掌握现代信号处理的理论精髓，并具备分析和解决实际工程问题的能力。本书适用于电子工程、通信工程、计算机科学、自动化等相关专业的学生、研究人员以及工程师。

评分☆☆☆☆☆

与其他一些侧重理论推导、鲜有实际应用的教材相比，这本《自动控制原理及应用》的“应用”二字绝非虚名。它非常注重控制系统设计中的工程权衡艺术。比如，书中讨论到最佳控制和优化控制时，并没有仅仅停留在推导哈密顿-雅可比方程，而是深入分析了算子复杂性、计算实时性与控制性能之间的矛盾。在设计鲁棒控制器时，它清晰地阐述了在面对模型不确定性时，是选择牺牲一部分动态性能来换取绝对的稳定性边界，还是接受更高的风险去追求更快的响应速度。这种对实际工程约束的深刻理解和讨论，让这本书的价值超越了一般的标准教材。它教会了我，控制工程的核心在于解决问题，而不是仅仅证明定理。对于那些计划进入研发岗位或者从事实际系统调试的读者来说，这种对工程哲学层面的探讨，比单纯的计算技巧更有启发性。

评分☆☆☆☆☆

我是一个跨专业学习者，之前对信号处理和线性代数有基础，但对控制论一窍不通。这本书对我最大的帮助在于它的案例选择和难度递进的设置，简直是为我这种背景的读者量身定做。初学者常常会因为概念的抽象性而感到沮丧，但这本书通过对各种“经典控制”问题的深入剖析——比如如何利用根轨迹法来直观地判断系统稳定性边界，或者如何通过伯德图来设计频率响应特性——让我逐步建立起对系统的直觉判断力。特别是它对非线性系统的介绍，没有直接跳到复杂的李雅普诺夫稳定性理论，而是先通过相平面法和描述函数法，让读者领略到非线性系统的独有魅力和挑战。这种循序渐进、先易后难的叙事方式，让我在阅读过程中始终保持着一种“我能理解”的积极心态，极大地激发了我持续学习的动力，这对于一本厚重的专业书籍来说，是极其难得的品质。

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书的深度和广度都超出了我的预期，尤其是在现代控制理论那一块的处理上，简直是教科书级别的典范。我特别欣赏作者在讲解状态空间法时所采取的渐进式教学策略。他们没有急于展示那些眼花缭乱的矩阵运算，而是先用非常直观的例子展示了为什么需要用状态变量来描述系统，以及相比于传统的传递函数模型，状态空间模型在处理多输入多输出（MIMO）系统时的巨大优势。书中对可控性和可观测性这两个核心概念的阐述极为透彻，通过构建各种奇异的系统案例，清晰地展示了只有当系统具备特定属性时，我们才能有效地进行设计和分析。我记得书中还穿插了好几个大型工业案例的剖析，比如机械臂的轨迹规划和高精度定位系统，这些案例的数学建模过程详略得当，既保证了严谨性，又不会让读者感到枯燥乏味。读完这一部分，我感觉自己不仅仅是学会了求解矩阵的技巧，更是领悟了如何用更宏观、更系统的视角去看待复杂的工程问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得很有现代感，简洁的蓝白配色，中间是一个抽象的、充满几何感的系统框图，让人一眼就能感受到它的专业性。我一个刚接触自动化领域的学生，抱着试试看的心态翻开了它。首先吸引我的是它的绪论部分，作者没有直接堆砌复杂的公式，而是通过几个非常贴近生活的例子，比如恒温器的工作原理、汽车巡航系统的基本逻辑，把“控制”这个概念讲得栩栩如生。我记得里面提到一个经典的“反馈回路”模型，用一个小小的水杯和水龙头来比喻，瞬间就打通了我的认知壁垒。在初读这几章的时候，我感觉自己像是在阅读一本优秀的科普读物，而不是教科书。它对经典控制理论的引入非常平滑，没有那种突然掉入数学深渊的恐慌感。即便是拉普拉斯变换这样让很多同学头疼的内容，作者也花了大量的篇幅去解释其物理意义，而不是仅仅停留在数学推导上，这点对于自学者来说简直是太友好了。它成功地搭建了一个坚实的理论基础，为后续深入学习打下了非常扎实的地基，让人对整个控制系统的运行脉络有了清晰的图景。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图表质量简直是业界良心，这对于一本技术书籍来说至关重要。我手里这本精装版纸张厚实，油墨清晰，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。最让我感到惊喜的是它对仿真实验的重视程度。书中在讲解每一个控制算法——无论是PID的改进型，还是更复杂的鲁棒控制——之后，都会紧跟着一组详细的MATLAB/Simulink仿真步骤和结果分析。这些仿真模型不是那种简单跑通了事的“样板房”，而是真正反映了工程实践中可能遇到的非线性、延迟和噪声干扰。我跟着书本一步步操作下来，亲眼见证了一个原本不稳定、振荡剧烈的系统，在应用了书中所讲的超前滞后补偿后，性能得到质的飞跃。这种理论与实践紧密结合的学习体验，极大地增强了我解决实际工程问题的信心。它不是高高在上的理论堆砌，而是手把手教你如何把纸面上的公式变成现实中可运行的代码和可控制的设备。