自动控制原理（第3版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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梅晓榕 编

图书标签:

• 自动控制原理
• 控制工程
• 自动化
• 系统分析
• 数学模型
• 反馈控制
• 经典控制
• 高等教育
• 教材
• 规划教材

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030382726

版次：3

商品编码：11306672

包装：平装

丛书名： 普通高等教育"十一五"国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2013-08-01

用纸：胶版纸

页数：303

字数：485000

正文语种：中文

编辑推荐

　　《自动控制原理（第3版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》特点：
　　·内容丰富，包括经典和现代控制理论以及计算机控制
　　·注重概念和原理，阐述简明扼要，通俗易懂
　　·单独一章讲述MATLAB在各章中的应用程序和仿真框图
　　·例题典型，并有丰富的习题
　　·可为任课教师提供电子课件

内容简介

　　《自动控制原理（第3版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》在哈尔滨工业大学“自动控制原理”课程历届教材的基础上编写，并在荣获普通高等教育“十一五”国家级规划教材之后进行了修订。《自动控制原理（第3版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》内容包括系统的数学模型、时域分析、根轨迹、频域特性法、典型非线性环节、计算机控制系统、现代控制理论。最后按照全书内容逐章介绍MATLAB的应用，包括系统分析、设计和仿真框图等。
　　《自动控制原理（第3版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》可作为高等院校“自动控制原理”课程（50～90学时）的教材，适用于电气、自动化、电子、信息与通信、计算机、机械、航天工程、光学工程、动力机械以及工商管理等专业，也可供从事控制工程的技术人员参考。

内页插图

目录

前言
第一章 自动控制概述
1.1 引言
1.2 自动控制系统的初步概念
1.3 自动控制系统的分类
1.4 控制系统的组成及对控制系统的基本要求
习题

第二章 系统的数学模型
2.1 控制系统微分方程的建立
2.2 传递函数
2.3 控制系统的框图和传递函数
2.4 非线性方程的线性化
习题

第三章 控制系统的时域分析法
3.1 引言
3.2 一阶系统的时域分析
3.3 二阶系统的时域分析
3.4 高阶系统的时间响应及简化
3.5 控制系统的稳定性
3.6 控制系统的稳态误差
3.7 复合控制
习题

第四章 根轨迹法
4.1 根轨迹的初步概念
4.2 绘制根轨迹的基本规则
4.3 用根轨迹方法分析和设计控制系统
习题

第五章 频率特性法
5.1 频率特性的初步概念
5.2 频率特性的图形
5.3 Nyquist稳定判据
5.4 控制系统的相对稳定性
5.5 闭环频率特性图
5.6 频率特性与控制系统性能的关系
5.7 控制系统设计的初步概念
5.8 PID控制器
5.9 超前补偿
5.10 滞后补偿
5.11 滞后超前补偿
5.12 串联补偿网络的期望幅频特性设计方法
5.13 反馈补偿
5.14 电子放大器的数学模型与补偿方法
习题

第六章 典型非线性环节及其对系统的影响
6.1 概述
6.2 描述函数法
习题

第七章 计算机控制系统
7.1 计算机控制系统概述
7.2 A/D转换与采样定理
7.3 D/A转换
7.4 z变换
7.5 z传递函数
7.6 线性离散系统的稳定性
7.7 线性离散系统的时域分析
7.8 数字控制器的模拟化设计
习题

第八章 现代控制理论基础
8.1 状态空间法的基本概念
8.2 线性定常系统状态空间表达式的建立
8.3 由状态空间表达式求传递函数
8.4 线性定常系统状态方程的解
8.5 线性定常离散系统的状态空间表达式
8.6 李雅普诺夫稳定性分析
8.7 线性系统的可控性与可观测性
8.8 线性系统的状态反馈与极点配置
8.9 状态观测器
8.10 二次型性能指标的最优控制
习题

第九章 基于MATLAB的系统分析、设计与仿真
9.1 引言
9.2 系统的初步概念与数学模型
9.3 系统的时域分析法
9.4 根轨迹
9.5 频率特性
9.6 典型非线性环节
9.7 计算机控制系统
9.8 状态空间法

附录一 拉普拉斯变换的基本特性
附录二 拉氏变换——z变换表
附录三 常用补偿网络
附录四 本书所用的MATLAB命令
参考文献

前言/序言

　　哈尔滨工业大学控制科学与工程系从1980年以来一直承担着学校各专业的“自动控制原理”课的教学和实验工作，并完成了很多重大科研项目。本书就是在历届所用教材的基础上重新编写而成，饱含着各位教师的教学经验和科研工作体会。哈尔滨工业大学“自动控制原理”课自2002年以来一直使用本教材，并于2005年评为黑龙江省精品课程。
　　本书内容包括经典控制理论，计算机控制系统，现代控制理论基础，MATLAB在控制系统分析、设计和仿真中的应用等，可满足“自动控制原理”课程50～90学时的教学要求，适用于电气、自动化、电子、机械、计算机、信息与通信、航天工程、动力机械、光学工程和工商管理等各专业。
　　本书第一版于2002年9月出版，第二版于2007年2月出版，并被评为“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”，在全国很多高校得到采用。这是第三版，也是哈尔滨工业大学“十二五”规划教材。本次修订，第三章增加了高阶系统的简化的内容。第四章增加了零度根轨迹、参数根轨迹、用根轨迹方法分析和设计控制系统的内容。第五章增加了微分（D）控制器、PID控制器的调试的内容。第六章充实了非线性系统的稳定性分析的内容。第七章增加了借用连续系统梅森增益公式求x传递函数和输出量的x变换式，二阶系统的朱力稳定判据。第八章重写了降维状态观测器的内容。此外，在各章习题中增加了一些较深的和综合性的题目；按现行的电气图形国标修改了有关的图形；并改正了前版文字、图形中的错误。
　　本书有以下特点：
　　1）注重控制理论在工程中的应用，对实际中应用多的章节进行详细讨论。
　　2）保持控制原理的完整性，内容全面，又简明扼要。
　　3）设有“基于MATLAB的系统分析、设计和仿真”一章。注重Simulink的应用。因为它和方框图相似。希望利用仿真使学生对基本原理与方法有更深刻的认识和理解。
　　4）可以给使用本书的教师提供课件、习题答案以及交流平台。
　　本书由梅晓榕教授任主编，王彤、柏桂珍、王述一任副主编。参加修订工作的还有哈尔滨工业大学何朕、张卯瑞、林玉荣、强盛、宁永臣以及黑龙江省的其他几所大学的教师。
　　在编写中参考了很多优秀教材和著作，在此编者向参考文献中的各位作者表示真诚的谢意。
　　书中不当之处，敬请读者批评指正。

《工程控制理论与实践》 本书旨在为读者构建一个扎实而全面的工程控制理论体系，并强调其在实际工程问题中的应用。内容涵盖了从基础概念到先进技术，力求使读者不仅理解理论的精髓，更能掌握解决实际工程挑战的方法。 第一部分：系统建模与时域分析 本部分首先介绍工程系统中常用模型的建立方法，包括机电系统、液压系统、热工系统等典型模型的描述。重点讲解了如何根据物理定律和实验数据，将复杂的工程系统转化为数学模型，为后续的分析与设计奠定基础。 在此基础上，本书深入探讨了线性定常系统的时域分析。读者将学习如何运用传递函数、方框图等工具来描述系统的动态特性。通过对阶跃响应、脉冲响应的分析，理解系统的瞬态响应和稳态响应，掌握判断系统稳定性和性能的关键指标，如超调量、调节时间、稳态误差等。此外，还介绍了根轨迹法，它提供了一种直观理解系统参数变化对系统动态性能影响的强大工具。 第二部分：频率域分析与校正 本部分将分析的视角从时域转向频域，这是理解系统稳定性和性能的另一种重要途径。读者将学习如何绘制伯德图、奈奎斯特图和尼柯利图，并理解这些图线所代表的系统频率响应特性。频率域分析不仅提供了判断系统稳定性的有效方法（如增益裕度和相位裕度），还能评估系统对不同频率输入的响应能力，从而揭示系统的滤波特性和抗干扰能力。 在掌握了频率域分析方法后，本书重点介绍了如何运用频率域的方法进行系统校正。详细阐述了比例控制器、积分控制器、微分控制器（PID控制器）以及结合型校正器的设计原理与方法。通过在系统中引入校正环节，可以改善系统的稳定性、减小稳态误差、提高动态响应速度，使实际系统满足性能要求。 第三部分：状态空间方法与现代控制理论 随着工程复杂性的增加，传统的传递函数方法在描述多输入多输出（MIMO）系统和非线性系统时显得力不从心。因此，本部分引入了现代控制理论的核心——状态空间法。读者将学习如何建立和描述系统的状态空间方程，理解状态变量的概念及其在系统分析中的作用。 本书详细讲解了基于状态空间描述的系统分析方法，包括可控性与可观测性的概念及其判据。这些是设计状态反馈控制器和状态观测器的重要前提。在此基础上，介绍了基于极点配置的状态反馈控制律设计方法，以及如何利用状态观测器来估计系统内部状态，从而实现对系统的精确控制。 第四部分：非线性系统与数字控制 本部分将视野拓展至非线性系统。虽然非线性系统的分析更为复杂，但它们在实际工程中无处不在。本书将介绍几种常用的非线性系统分析方法，如相平面法、李雅普诺夫稳定性理论等，帮助读者理解非线性系统的特性及其稳定性分析。 随后，本书重点关注数字控制系统。在当今计算机技术飞速发展的时代，数字控制器已成为主流。读者将学习如何将连续时间控制系统离散化，以及如何设计数字控制器。内容将包括采样定理、零阶保持器、离散时间系统的时域和频域分析，以及基于数字信号处理的控制器设计方法。 第五部分：最优控制与鲁棒控制 本部分介绍了更高级的控制理论，旨在追求系统性能的最优化和对不确定性的适应。最优控制理论的核心是设计能够使某个性能指标（如能量消耗、响应时间）达到最优的控制器。本书将介绍线性二次型调节器（LQR）等经典的最优控制方法。 鲁棒控制理论则关注在系统模型存在不确定性（如参数变化、外部干扰）的情况下，如何设计出依然能够稳定运行并满足性能要求的控制器。读者将接触到诸如H∞控制等先进的鲁棒控制技术，理解其设计思想和实现途径。 第六部分：系统辨识与自适应控制 系统辨识是指根据实验测量数据，建立系统的数学模型。本部分将介绍常用的系统辨识方法，包括参数辨识和模型结构辨识，帮助读者掌握从实际数据中“学习”系统模型的能力。 自适应控制是一种能够根据系统特性随时间的变化而自动调整控制器参数的控制策略。本书将介绍自适应控制的基本原理，以及几种典型的自适应控制算法，例如梯度下降法、李雅普诺夫函数法等。 第七部分：实际应用案例与展望 为了强化理论与实践的联系，本书在各章节穿插了丰富的工程应用实例，涵盖机器人控制、航空航天控制、过程控制、汽车电子控制等多个领域。通过对这些案例的分析，读者可以更深刻地理解所学理论的实际价值和应用局限。 最后，本书对控制工程领域的未来发展方向进行了展望，包括智能控制、模糊控制、神经网络控制、网络化控制等前沿技术，鼓励读者在扎实的理论基础上，不断探索和创新。 本书力求以清晰的逻辑、严谨的推导、丰富的图示和实例，为控制工程领域的学生、研究人员和工程师提供一本全面、实用的参考书。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对自动控制领域充满好奇心的初学者，这本《自动控制原理（第3版）》是我接触到的第一本系统性的教材，它为我打开了一扇通往奇妙控制世界的大门。这本书最大的特点就是它的“友好度”非常高。它没有使用过于晦涩的专业术语，或者说，即使有，它也会在第一时间给出清晰易懂的解释。我特别欣赏它在讲解过程中，经常会使用一些比喻和类比，将抽象的数学概念具象化。比如，在解释“系统极点”与系统响应的关系时，它会用“悬挂系统”来类比，解释不同位置的极点对应着不同性质的振动。这种方式让我感觉自己在和一位经验丰富的老师在交流，而不是在阅读一本冷冰冰的书。而且，书中的公式推导清晰流畅，每一个步骤都有详细的说明，让我能够轻松地跟随，理解其中的逻辑。

评分☆☆☆☆☆

拿到《自动控制原理（第3版）》这本书，我第一眼就被它厚实的封面和精炼的排版所吸引。这本书的编写体例非常清晰，每个章节都包含“引言”、“基本概念”、“数学模型”、“分析方法”、“设计方法”、“例题分析”等几个部分，逻辑性非常强。我尤其喜欢它在“例题分析”部分的设置，它往往会选取一些非常典型的工程案例，然后一步步地展示如何运用书中的理论知识来解决这些问题。例如，在讲解状态空间方法的应用时，它会以一个多输入多输出的复杂系统为例，详细地演示如何建立状态方程，如何分析系统的可控性和可观性，以及如何设计状态反馈控制器。这种“手把手”的教学方式，极大地降低了学习的难度，让我能够更自信地将所学知识应用到实际项目中。而且，这本书的语言表达非常精准，用词考究，读起来不会觉得有多余的废话，每个字都在为理解知识点服务。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在工业界工作的工程师，我经常会遇到各种自动化控制的问题。很多时候，需要重新回顾和学习自动控制的基本原理。《自动控制原理（第3版）》这本书，是我案头必备的参考书之一。它最让我欣赏的地方是，它真正地做到了“理论联系实际”。书中的每一个概念，每一个公式，似乎都能够找到对应的工程应用场景。比如在讲到系统辨识的时候，它不仅介绍了参数辨识的方法，还特别提到了在实际工程中，如何通过实验测量获取系统输入输出数据，以及如何处理测量误差。这本书让我感觉，我不仅仅是在学习一门理论学科，更是在学习一种解决工程问题的思维方式。而且，它在讲解过程中，并没有回避一些复杂的问题，而是用一种比较务实的方式来处理。例如，在讲到非线性系统时，它并没有深入到特别复杂的非线性控制理论，而是通过一些典型的非线性系统例子，介绍了一些基本的分析方法，这对于我理解实际中遇到的非线性问题非常有启发。

评分☆☆☆☆☆

这是一本我从本科用到研究生，再到工作中都会不时翻阅的经典之作。《自动控制原理（第3版）》给我最深刻的感受是，它真的是一本“活”的教材。所谓的“活”，就是它不仅仅是在陈述理论，而是通过各种方式，让你感受到控制原理在现实世界中的强大力量。我记得在学数字控制部分的时候，书中的例子是关于一个工业机器人的轨迹跟踪控制，它详细地分析了离散化过程中需要注意的问题，以及如何选择采样周期来保证控制精度。这让我第一次真正地体会到，原来我们生活中看到的很多智能设备，背后都蕴含着如此精妙的自动控制原理。而且，这本书非常强调“系统观”的培养。在讲解每一个控制方法时，它都会提醒我们要注意系统的整体性能，包括稳定性、响应速度、鲁棒性等多个方面。这让我明白，控制工程不仅仅是解决单一的技术难题，更是一种优化整个系统的艺术。

评分☆☆☆☆☆

对于我这个自动化专业的研究生来说，这本《自动控制原理》的第3版简直就是福音。我之前看过一些更偏向于理论推导的教材，读起来会感觉有点吃力，很多时候只记住了公式，却不明白它背后的物理意义和工程应用。这本教材在这方面做得非常出色，它在介绍核心概念时，总是会给出非常详尽的推导过程，并且在推导完成后，会立刻联系实际工程中的应用场景。比如在讲到稳定性判据时，它不仅介绍了 Routh 判据和奈奎斯特判据的数学推导，还用了一个具体的飞机控制系统作为例子，解释了不同参数变化如何影响系统的稳定性，以及在实际设计中需要注意什么。我个人特别欣赏它在“现代控制理论”这一章的处理方式。虽然它不是一本专门讲现代控制理论的书，但它能够以一种非常简洁清晰的方式，将状态空间方程、可控性、可观性等核心概念介绍给读者，并且给出了如何将其与经典的频域方法联系起来的思路。这对于我后续深入学习更专业的现代控制理论书籍打下了坚实的基础。书中的习题也非常有代表性，涵盖了从理论计算到简单设计等各个方面，做完一遍，感觉对知识点的掌握程度有了一个质的飞跃。

评分☆☆☆☆☆

这本《自动控制原理（第3版）》真的是一本非常扎实的教材，我当初选择它，是被“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”这个标签吸引的，觉得作为国家级规划教材，内容肯定是有保障的，而且第3版也说明了经过了多次修订和完善，应该会比早期版本更成熟。拿到书之后，翻开目录，我就知道我选对了。它的章节安排非常清晰，从最基础的控制系统基本概念、建模方法，到时域分析、频率域分析、根轨迹法，再到现代控制理论的初步介绍，一步步循序渐进，完全符合初学者学习的逻辑。我尤其喜欢它在讲解过程中，不仅仅是给出公式和理论，而是穿插了很多实际的例子。比如在讲到传递函数的时候，它会举例说明一个简单机械系统的建模过程，让我能够很直观地理解抽象的数学模型是如何来源于物理世界的。而且，书中的图示非常丰富，各种系统框图、信号流图、时域响应曲线、频率响应图，都画得清晰明了，对于理解复杂的概念非常有帮助。有时候，我即使对某个公式不是完全理解，看看对应的图形，再联系书中的文字描述，往往豁然开朗。它真的没有把那些晦涩难懂的理论生硬地堆砌在那里，而是努力地将它们“翻译”成更容易被接受的形式。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在准备考研的学生，报名的专业对自动控制原理的要求非常高。在选择了这本《自动控制原理（第3版）》之后，我感觉我的复习效率得到了极大的提升。这本书的编写风格非常适合考研复习，它能够抓住考试的重点，并且将知识点系统化、条理化。例如，在讲到根轨迹法时，它不仅仅是讲解了绘制根轨迹的规则，还非常详细地分析了根轨迹形状与系统稳定性和动态性能的关系，并且给出了如何通过改变系统参数来优化根轨迹的思路。这些都是考研题目中经常考察的内容。而且，这本书的语言表达非常严谨，但又不会过于生僻，很多时候，它会在关键的概念后面用一个简短的解释或者类比，帮助我们更好地理解。我还发现，它在介绍各种控制方法时，都会给出相应的数学推导，但同时又会提醒读者不要过分纠结于推导过程，而是要理解其背后的物理意义。这种“理论与实践并重”的教学方式，让我感觉在学习知识的同时，也在学习如何解决实际问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的强大之处在于，它不仅仅是一个知识的载体，更是一个思考的工具。《自动控制原理（第3版）》通过其丰富的案例和深入的分析，引导我去思考“为什么”和“如何做”。我记得在学习“根轨迹法”时，书中的一个案例是关于一个机械臂的控制。它不仅展示了如何绘制根轨迹，更重要的是，它分析了根轨迹的形状与机械臂的响应速度、稳定性之间的关系，以及如何通过调整增益来获得最佳的控制效果。这让我意识到，自动控制不仅仅是计算，更是设计和优化。此外，它还非常注重培养读者的“工程直觉”。在讲解过程中，它会反复强调对系统性能的理解，提醒我们不仅仅要追求数学上的精确，更要关注实际工程中的可行性和鲁棒性。这种“以终为始”的教学理念，让我在学习过程中，始终保持着对实际应用的关注，而不是沉浸在纯粹的理论海洋里。

评分☆☆☆☆☆

我对这本《自动控制原理（第3版）》的评价，可以用“严谨而富有启发性”来概括。它在数学上的推导非常严谨，每一个公式的来源都清晰可查，这保证了理论的可靠性。但同时，它又非常有启发性，它不会让你觉得学习过程是枯燥的。我最喜欢它在引入一个新概念时，总会先从一个实际问题出发，或者用一个生动的类比来解释。例如，在讲到反馈控制的“抗扰性”时，它会举一个例子，想象你在骑自行车，如果路面不平，你的身体会自然地做出调整来保持平衡，这就是一种反馈机制。这种引入方式，能够瞬间抓住我的注意力，并且让我对这个概念产生浓厚的兴趣。而且，这本书的章节安排也非常合理，从最基础的概念讲到最先进的技术，就像一座阶梯，引领着我一步步攀登知识的高峰。

评分☆☆☆☆☆

说实话，刚开始拿到这本书的时候，我并没有抱太大的期待，毕竟“十一五”时期的教材，总觉得会有点老旧。但翻开之后，我彻底改变了看法。《自动控制原理（第3版）》这本书，完全超出了我的预期。它最大的优点在于，它真的能够将一些看似高深的控制理论，用一种非常通俗易懂的方式讲解清楚。比如在讲PID控制器设计的时候，它没有直接给出所谓的“经验公式”，而是从积分、比例、微分三个环节分别解释了它们的作用，以及如何通过调整这三个参数来改善系统的动态性能。它还特别强调了“整定”的过程，这是很多教材容易忽略的实践环节。书中甚至还提供了一些实际的调试案例，让我能够提前预见到在实际应用中可能会遇到的问题。另外，它在概念的引入上也非常循序渐进，从最简单的开环系统讲到闭环系统，再到各种反馈控制策略，逻辑非常严谨。让我印象深刻的是，它在描述某个定理或者方法时，总会先说明它的“适用范围”和“局限性”，这对于我们避免机械地套用公式，而是理解其根本原理非常有帮助。

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