具体描述
内容简介
《自动控制原理（第2版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材·普通高等教育电气工程自动化系列规划教材》强化了工程应用背景，系统介绍了现代MATLAB应用技术，包括建模、时域分析、根轨迹绘制、频域分析、前馈校正、离散系统分析、描述函数法计算，以及线性系统可控性、观测性和李雅普诺夫稳定性判别等内容。内页插图
目录
第2版前言第1版前言
第1章 自动控制的基本概念
1.1 概述
1.2 自动控制的基本原理
1.2.1 自动控制系统举例
1.2.2 自动控制系统的构成
1.3 自动控制系统的基本控制方式
1.3.1 开环控制
1.3.2 闭环控制
1.3.3 复合控制
1.4 自动控制系统的分类
1.4.1 按输入信号特征分类
1.4.2 按系统数学模型分类
1.4.3 按时间变量特性分类
1.4.4 按系统参数特性分类
1.5 对控制系统性能的基本要求
1.5.1 稳定性
1.5.2 快速性
1.5.3 准确性
1.6 MATLAB在控制系统研究中的应用
习题
第2章 控制系统的数学模型
2.1 概述
2.2 控制系统微分方程的建立
2.2.1 典型控制系统的数学模型
2.2.2 非线性微分方程的线性化
2.3 传递函数
2.3.1 传递函数的概念和性质
2.3.2 典型环节的传递函数
2.4 控制系统的结构图与信号流图
2.4.1 结构图的概念
2.4.2 控制系统结构图的建立
2.4.3 结构图的等效变换
2.4.4 信号流图
2.4.5 梅逊公式
2.5 控制系统的传递函数
2.6 控制系统数学模型的MATLAB描述
2.6.1 MATLAB中传递函数的描述方法
2.6.2 应用MATLAB函数化简结构图
2.6.3 应用Simulink求控制系统的传递函数
习题
第3章 时域分析法
3.1 概述
3.2 瞬态响应
3.2.1 典型输入信号
3.2.2 一阶系统的瞬态响应
3.2.3 二阶系统的瞬态响应
3.2.4 时域性能指标
3.2.5 瞬态响应分析
3.2.6 线性定常系统的重要特性
3.2.7 高阶系统的近似分析
3.3 稳定性
3.3.1 稳定性的基本概念
3.3.2 劳斯判据
3.3.3 赫尔维茨判据
3.4 稳态误差分析
3.4.1 稳态误差的概念
3.4.2 稳态误差的计算
3.4.3 降低稳态误差的主要措施
3.5 应用MATLAB进行控制系统时域分析
3.5.1 系统的稳定性分析
3.5.2 系统的瞬态响应分析
3.5.3 系统的稳态误差分析
习题
第4章 根轨迹分析法
4.1 概述
4.2 根轨迹的概念
4.3 根轨迹的绘制
4.3.1 绘制根轨迹的基本规则
4.3.2 根轨迹绘制举例
4.4 广义根轨迹的绘制
4.4.1 参变量根轨迹的绘制
4.4.2 正反馈系统根轨迹的绘制
4.5 控制系统的根轨迹分析
4.5.1 性能指标在s平面上的表示
4.5.2 开环零、极点对根轨迹的影响
4.5.3 闭环零、极点分布与系统性能的关系
4.6 利用MATLAB绘制根轨迹图
习题
第5章 频域分析法
5.1 概述
5.2 频率特性
5.2.1 频率特性的基本概念
5.2.2 频率特性的求取
5.3 频率特性的图示方法
5.3.1 极坐标图
5.3.2 对数坐标图
5.3.3 对数幅相图
5.4 频域稳定性判据
5.4.1 映射定理
5.4.2 奈奎斯特稳定判据
5.5 控制系统的稳定裕量
5.5.1 相角裕量
5.5.2 幅值裕量
5.5.3 稳定裕量的计算
5.5.4 稳定裕量与瞬态性能指标之间的关系
5.6 控制系统的闭环频率特性
5.6.1 闭环频率特性曲线的绘制
5.6.2 闭环频域性能指标
5.6.3 闭环频域性能指标与瞬态性能指标之间的关系
5.7 利用用MATLAB进行控制系统频域分析
5.7.1 对数坐标图的绘制
5.7.2 极坐标图的绘制
5.7.3 对数幅相图的绘制
习题
第6章 线性控制系统的校正
6.1 概述
6.2 校正装置及其特性
6.2.1 无源校正装置
6.2.2 有源校正装置
6.2.3 PID调节器
6.3 串联校正
6.3.1 串联超前校正
6.3.2 串联滞后校正
6.3.3 串联滞后-超前校正
6.4 反馈校正
6.4.1 反馈校正的原理及特点
6.4.2 反馈校正及其参数确定
6.5 复合校正
6.5.1 复合校正的原理及特点
6.5.2 复合校正及其参数确定
6.6 应用MATLAB进行系统校正
6.6.1 应用MATLAB程序进行系统校正
6.6.2 Simulink环境下的系统设计和校正
习题
第7章 离散控制系统
7.1 概述
7.2 采样过程与采样定理
7.2.1 采样过程及其数学描述
7.2.2 采样定理
7.2.3 信号的保持
7.3 Z变换理论
7.3.1 Z变换定义和性质
7.3.2 Z变换方法
7.3.3 Z反变换方法
7.4 离散控制系统的数学描述
7.4.1 线性常系数差分方程
7.4.2 脉冲传递函数
7.5 离散控制系统的稳定性分析及瞬态响应
7.5.1 稳定性分析
7.5.2 瞬态响应
7.6 离散控制系统的稳态误差
7.7 离散系统的数字控制器设计
7.8 MATuB在离散控制系统中的应用
7.8.1 离散系统数学模型的建立
7.8.2 离散控制系统的数学分析
习题
第8章 非线性系统分析
8.1 概述
8.2 非线性系统的特点
8.2.1 典型非线性特性
8.2.2 非线性系统的运动特点
8.3 相平面法
8.3.1 相平面的基本概念
8.3.2 相平面图的绘制
8.3.3 奇点和极限环
8.3.4 相平面分析举例
8.4 描述函数法
8.4.1 描述函数的基本概念
8.4.2 典型非线性特性的描述函数
8.4.3 用描述函数法分析非线性系统
8.5 MATLAB在非线性控制系统分析中的应用
8.5.1 利用Simulink绘制非线性系统相轨迹图
8.5.2 利用MATAB判断非线性系统的稳定性及自激振荡
习题
附录 部分习题参考答案
参考文献
前言/序言
在工业生产和科学技术的发展过程中，自动控制起着极其重要的作用。自动控制作为一种技术手段，不仅提高了劳动生产率和产品质量，改善了人们的劳动条件和生活环境，而且在人类征服自然、探索新能源、开发太空等方面都做出了极其重大的贡献。自动控制理论的发展初期是以反馈理论为基础的自动调节原理，随着科学和技术的进步，现已发展成为一门独立的学科。根据自动控制理论发展的不同阶段，自动控制理论一般可分为“经典控制理论”和“现代控制理论”两大部分。经典控制理论也称古典控制理论，主要研究单输入和单输出、线性、定常系统，以及具有典型非线性环节系统的分析和设计方法；而现代控制理论主要研究多输入和多输出、线性或非线性、定常或时变系统的分析和设计方法。本书介绍的是“经典控制理论”部分。
自动控制原理是自动化学科的重要理论基础，专门研究自动控制系统中的基本概念、基本原理和基本方法，是一门理论性较强的课程。为了适应自动控制技术和控制理论发展以及现代化教学的需要，我们在2007年出版的《自动控制原理》的基础上，结合目前本科院校自动化专业“自动控制原理”教学大纲，且以作者30余年的教学讲义为基础，在广泛参考国内外优秀教材，集全体参编者多年教学经验的基础上进行修订，适用于自动化专业及其他电气信息类专业本科生使用。
本次修订除了保持原书深入浅出、基本理论清晰、系统性和逻辑性强的特点外，侧重于工程系统的设计。增加了复合控制的分析及设计方法、离散系统的数字控制器设计方法，以适于实际工程系统的应用。鉴于近年来MATIAB在理工科教学中的广泛应用，为自动控制系统的分析和设计带来了极大的方便，本书引入了MATLAB软件包应用技术，结合自动控制理论的基本概念和分析方法的讲解，对每章的内容应用MATLAB及控制系统工具箱进行计算机辅助分析和设计，以利于读者更好地掌握控制理论与应用技术，提高分析问题和解决问题的能力。
本书设计和丰富了原书的例题和习题，继续提供了部分习题参考答案，便于读者自学。
用户评价
这本书的封面设计倒是挺吸引我的，那种简洁大气的风格，配合上清晰的字体，一眼就能看出它是一本专业性很强的学术著作。拿到手里沉甸甸的，感觉很有分量，页码也很厚实，光是翻阅一下目录，我就知道这绝对不是一本能轻松啃完的教材。它似乎涵盖了自动控制理论的方方面面，从最基础的概念到一些比较高深的模型，都列得条条是道。我猜想，对于想深入了解自动控制原理的同学或者研究人员来说，这本书会是一个宝库。尤其是我对其中提到的“状态空间法”和“频率响应法”非常感兴趣，不知道这本书是怎么来讲解这些核心概念的，是循序渐进，还是直接抛出复杂的数学公式？我希望它能有足够的理论推导，但又不至于让人望而却步。而且，从“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”这个 title 来看，它应该经过了严格的学术审核，内容上应该是有保障的，不会是什么野路子。这本书的目标读者定位也很明确，就是高等教育领域的学生，特别是电气工程自动化专业的学生。这让我对接下来的阅读充满了期待，毕竟，一本好的教材，不仅要内容扎实，还要有清晰的逻辑和易于理解的阐述方式，才能真正帮助学习者构建起坚实的知识体系。我特别希望它能包含一些经典的控制系统案例分析，这样理论结合实际，才能更好地掌握知识。
评分这本书的封面设计和书名给我的第一印象就是“专业”和“权威”。“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”这个标签，本身就意味着它经过了国家层面的严格评审，内容质量应该是有保障的。从目录来看，它涵盖了自动控制领域非常广泛的知识点，从基础的系统建模、传递函数，到一些更高级的分析方法，比如状态空间法、频率响应法等等，都应该是重点讲解的内容。我特别想知道的是，这本书对于“系统辨识”这部分是如何处理的。在实际工程中，我们常常面临一个问题，就是如何从实际的输入输出数据来建立一个数学模型，这对于后续的控制系统设计至关重要。我希望这本书能够提供一些行之有效的系统辨识方法，并且最好能给出一些经典的辨识算法的讲解和应用案例。另外，我对于“鲁棒控制”和“自适应控制”这些现代控制理论中的内容也非常感兴趣。这些理论在处理模型不确定性或者系统参数变化等问题时显得尤为重要。我希望这本书能够用清晰易懂的方式来介绍这些理论，并且能够提供一些实际的应用场景，让我能够理解这些高级理论的价值所在。
评分拿到这本书，首先映入眼帘的是它厚实的篇幅和精炼的书名，这预示着它是一本内容详实、体系严谨的学术著作。作为“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”，它无疑承载着培养高素质自动化人才的重任。我对书中关于“模糊逻辑控制”的阐述尤为期待。模糊控制以其处理模糊信息和不确定性的能力，在许多复杂系统中得到了广泛应用。我希望这本书能够清晰地阐述模糊逻辑控制的基本原理，包括模糊化、模糊推理和解模糊等步骤，并且能够提供一些具体的实例，比如模糊PID控制器、模糊决策系统等。我希望它能帮助我理解模糊控制的直观性和灵活性。另外，对于“神经网络控制”这部分内容，我也充满好奇。神经网络强大的学习能力和泛化能力，使其在解决复杂控制问题上具有独特的优势。我希望这本书能够介绍常用的神经网络模型，比如BP神经网络，以及它们在控制系统中的应用，比如模型预测、故障诊断等。我渴望通过这本书，能够构建起对模糊和神经网络控制的系统认知。
评分这本书的厚度预示着内容的深度和广度，而“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”的定位，则进一步增强了其学术可信度。从我个人的学习需求出发，我最期待的是书中关于“系统稳定性分析”的讲解。稳定性是自动控制理论中最核心的概念之一，直接关系到系统的安全可靠运行。我希望这本书能够详细阐述各种稳定性判据，例如劳斯判据、奈奎斯特判据、根轨迹法等，并且能够用清晰的图示和直观的语言来解释这些判据的物理意义，而不仅仅是罗列公式。我尤其希望能够看到书中对“李雅普诺夫稳定性理论”的深入讲解，这是一种非常强大的分析工具。另外，我对书中“多变量控制系统”的章节也充满期待。在实际工程中，很多系统都是多输入多输出的，如何设计和分析多变量控制系统是一个挑战。我希望这本书能够介绍多变量系统的建模方法，比如传递函数矩阵、状态空间描述等，并且能够讲解一些常用的多变量控制策略，比如解耦控制、模型预测控制等，帮助我掌握处理复杂系统的能力。
评分初次翻阅这本书，就被其严谨的学术气息和扎实的理论功底所吸引。从“普通高等教育电气工程自动化系列规划教材”这个身份来看，这本书无疑是为自动化领域的莘莘学子量身打造的。我尤其关注的是书中关于“最优控制”的章节。我知道最优控制理论能够帮助我们在满足一定约束条件下，设计出性能最优的控制系统，这在很多工程领域都具有重要的应用价值。我希望这本书能够系统地介绍最优控制的基本概念，比如性能指标函数、变分法、庞特里亚金最小值原理等，并且能够提供一些经典的例题，例如LQR（线性二次调节器）等。我期望这本书在讲解这些内容时，不仅给出数学推导，还能帮助我们理解这些方法的物理意义和工程实践中的应用。另外，对于“模糊控制”和“神经网络控制”这些智能控制方法，我也非常好奇。它们在处理复杂、不确定系统时表现出色，我希望这本书能够用清晰的逻辑和易于理解的语言来介绍这些方法，并提供一些实际的案例，让我能够感受到这些智能控制技术的魅力和应用前景。
评分这本书的封面设计简洁而专业，配合“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”的标签，立刻就给人一种权威感和信赖感。从目录的宏观布局来看，它应该是一本覆盖面很广的教材，从基础理论到前沿应用都有涉及。我个人特别关注“鲁棒控制”这个章节。在实际工程中，系统模型总会存在不确定性，而鲁棒控制正是为了应对这种不确定性而设计的。我希望这本书能够详细介绍鲁棒控制的基本概念，比如H∞控制、μ分析等，并且能够提供清晰的数学推导和实际的工程案例，帮助我理解如何设计出在模型不确定下依然表现良好的控制系统。此外，我还对“模型预测控制”（MPC）这部分内容感到兴趣。MPC作为一种先进的控制策略，在工业界有着广泛的应用。我希望这本书能够深入浅出地讲解MPC的原理，包括滚动优化、约束处理等，并且能够提供一些关于如何利用MPC解决实际工程问题的实例，例如化工过程控制、过程工业等。
评分这本书的厚重感和精炼的书名，预示着它将是一本内容翔实、体系完整的自动控制理论教材。从“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”这个定位来看，这本书的学术价值和实用性应该都毋庸置疑。我个人对于“非线性控制”这部分内容一直抱有浓厚的兴趣，也深知这部分内容的难度。我希望这本书能够对非线性系统的建模、分析方法（例如李雅普诺夫稳定性分析、相平面法等）以及一些经典的非线性控制策略（如滑模控制、反馈线性化等）有深入的讲解。如果能辅以足够的数学推导和直观的图示，那就再好不过了。此外，书中提到“数字控制”，这对我来说是另一个非常重要的关注点。在当今工业自动化领域，数字控制几乎无处不在。我期待这本书能详细介绍数字控制系统的基本原理，包括采样定理、零阶保持器、离散化方法，以及数字PID控制器的设计与实现。如果书中能提供一些关于如何利用MATLAB/Simulink等仿真工具来实现数字控制系统设计和仿真的示例，那就更好了，这能极大地提高我的实践能力。
评分拿到这本书的那一刻，我脑海中闪过的第一个念头就是：“这本教材的编排结构一定下了不少功夫。”它的目录看起来相当详尽，几乎把自动控制领域的各个分支都囊括进去了，从最基础的系统建模、传递函数，到更进阶的稳定性分析、根轨迹法、频率特性法，甚至还包括了数字控制系统和一些现代控制理论的内容。我个人对“根轨迹法”一直有些头疼，不知道这本书是如何讲解的，是像其他教材那样直接给出一堆公式和步骤，还是会辅以大量的图示和直观的解释？我非常期待它能用一种更易于理解的方式来呈现这部分内容，最好能有清晰的思路引导，让我能够真正理解根轨迹背后的物理意义，而不是死记硬背。另外，我注意到它提到了“现代控制理论”，这部分内容通常涉及到状态空间方程、能控性、可观性等概念，这对我来说是比较陌生的领域。如果这本书能够在这个部分提供详细的讲解和案例，那对我来说将是巨大的福音。要知道，理论知识的掌握固然重要，但如何将其应用于实际问题，才是检验学习成果的关键。我希望这本书能在这方面有所侧重，提供一些高质量的例题和习题，最好还能有详细的解答和思路分析，这样才能帮助我把书本上的理论知识转化为解决实际问题的能力。
评分我对这本书的期望值很高，因为它不仅仅是一本教材，更是“普通高等教育电气工程自动化系列规划教材”中的一员，这本身就意味着它在学术上的权威性和内容的严谨性。从书名和前言来看，它应该涵盖了自动控制领域的核心理论和方法，例如PID控制、模糊控制、神经网络控制等，这些都是现代工业自动化不可或缺的技术。我特别关注的是它对“PID控制器整定”这部分内容的讲解。在我过去的学习经历中，PID控制器的参数整定一直是比较棘手的问题，通常需要依靠经验或者一些试凑的方法。我希望这本书能够提供一些系统化的、科学的整定方法，最好是能够结合实际的工程案例，让我能够真正理解不同整定方法背后的原理，以及它们各自的优缺点。此外，对于“数字控制系统”这部分，我也充满了好奇。随着计算机技术的飞速发展，数字控制已经成为主流。我希望这本书能够深入浅出地介绍数字控制系统的基本原理、采样定理、离散化方法等，并且能够通过实例演示如何设计和分析数字控制器。要知道，掌握了这些内容，才能更好地应对未来在自动化领域的工作和研究。
评分这本书的版式设计和内容排布，一看就是经过精心设计的，细节之处体现了专业性。作为一本“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”，它的内容体系应该非常完整。我个人对“系统辨识”这一章节特别感兴趣。在实际的工程应用中，我们往往很难得到一个精确的系统数学模型，这时候就需要通过实验数据来辨识系统的模型参数。我希望这本书能够详细介绍各种系统辨识的方法，包括参数辨识和结构辨识，比如最小二乘法、最大似然法、子空间辨识法等。并且，如果能够提供一些关于如何利用这些方法进行模型选择和验证的指导，那将对我的实际工作非常有帮助。此外，我还关注“自适应控制”的内容。自适应控制在系统参数发生变化或者存在未知干扰时，能够自动调整控制策略以保持系统的性能。我希望这本书能深入浅出地讲解自适应控制的原理，例如梯度法、基于模型的自适应控制等，并且通过实例说明其在机器人控制、航空航天等领域的应用。
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