自动控制原理与设计（第六版） [Feedback Control of Dynamic Systems, Sixth Edition ] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] Gene F. Franklin（吉尼 F. 富兰克林），J.David Powell，Abbas Emami-Naeini 等 著，李中华 等 译

图书标签:

• 自动控制
• 控制理论
• 反馈控制
• 动态系统
• 控制系统设计
• 工程控制
• 系统分析
• 数学模型
• 控制工程
• 自动控制原理

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121232725

版次：6

商品编码：11517900

包装：平装

丛书名： 国外计算机科学教材系列

外文名称：Feedback Control of Dynamic Systems, Sixth Edition

开本：其他

出版时间：2014-07-01

用纸：胶版纸

页数：620

正

编辑推荐

本书是自动控制领域的经典著作

内容简介

本书是自动控制领域的经典著作， 以自动控制系统的分析和设计为主线， 在回顾自动控制系统动态响应和反馈控制的基本特性基础上， 重点介绍了自动控制系统的3种主流设计方法， 即根轨迹设计法、 频率响应设计法和状态空间设计法。此外， 还阐述了非线性系统的分析与设计， 给出了一系列经典控制系统设计实例。全书在阐述自动控制原理和设计方法的过程中， 适时地穿插MATLAB仿真源代码和仿真实验结果。

作者简介

Gene F.Franklin，斯坦福大学电气工程系教授，国际著名控制学家，IEEE终身会士。他于1955年在哥伦比亚大学获得博士学位，曾任斯坦福大学电气工程系主任、IEEE控制系统学会理事、副主席，其研究领域覆盖了控制的各个方面。2005年因其对多个控制领域的基础性贡献而荣获美国自动控制学会的较高奖Bellman奖。

目录

第1章 反馈控制概述及其历史回顾
1．1 简单的反馈系统
1．2 反馈分析
1．3 历史简介
1．4 全书概述
本章小结
复习题
习题
第2章 动态模型
2．1 机械系统动力学
2．1．1 平移运动
2．1．2 旋转运动
2．1．3 旋转和平移的组合
2．1．4 分布参数系统
2．1．5 小结： 推导刚体的运动方程
2．2 电路模型
2．3 机电系统模型
△2．4 热和液体流动模型
2．4．1 热流动
2．4．2 不可压缩液体的流动
2．5 历史回顾
本章小结
复习题
习题
第3章 动态响应
3．1 拉普拉斯变换回顾
3．1．1 卷积响应
3．1．2 传递函数与频率响应
3．1．3 拉普拉斯变换
3．1．4 拉普拉斯变换的性质
3．1．5 部分分式法求拉普拉斯反变换
3．1．6 终值定理
3．1．7 应用拉普拉斯变换解决问题
3．1．8 极点和零点
3．1．9 用MATLAB分析线性系统
3．2 系统建模图
3．2．1 方框图
3．2．2 利用MATLAB进行方框图化简
3．3 极点配置的影响
3．4 时域特性
3．4．1 上升时间
3．4．2 超调量和峰值时间
3．4．3 调节时间
3．5 零点和附加极点的影响
3．6 稳定性
3．6．1 有界输入和有界输出稳定性
3．6．2 线性时不变系统的稳定性
3．6．3 劳斯稳定性判据
△3．7 由实验数据建立模型
3．7．1 由瞬态响应数据建立模型
3．7．2 由其他数据建立模型
△3．8 幅值变换与时间变换
3．8．1 幅值变换
3．8．2 时间变换
3．9 历史回顾
本章小结
复习题
习题
第4章 反馈分析的基本概念
4．1 控制系统的基本方程
4．1．1 稳定性
4．1．2 跟踪性
4．1．3 校正性
4．1．4 灵敏度
4．2 对于多项式输入的稳态误差控制： 系统类型
4．2．1 对于跟踪的系统类型
4．2．2 用于校正和干扰抑制的系统类型
4．3 PID控制器
4．3．1 比例控制（P）
4．3．2 比例积分控制（PI）
4．3．3 比例积分微分控制（PID）
4．3．4 PID控制器的Z?N（Ziegler?Nichols）整定法
4．4 数字控制简介
4．5 历史回顾
本章小结
复习题
习题
第5章 根轨迹设计法
5．1 基本反馈系统的根轨迹
5．2 绘制根轨迹的原则
5．2．1 绘制正（180°）根轨迹的规则
5．2．2 绘制根轨迹规则小结
5．2．3 参数值的选取
5．3 根轨迹图解举例
5．4 使用动态补偿的设计
5．4．1 使用超前补偿的设计
5．4．2 使用滞后补偿的设计
5．4．3 使用陷波补偿的设计
5．4．4 模拟和数字补偿的实现
5．5 使用根轨迹法的设计实例
5．6 根轨迹法的扩展
5．6．1 绘制负（0°）根轨迹的规则
5．6．2 考虑两个参数的情况
△5．6．3 时间延迟
5．7 历史回顾
本章小结
复习题
习题
第6章 频率响应设计法
6．1 频率响应
6．1．1 伯德图法
6．1．2 稳态误差
6．2 临界稳定
6．3 奈奎斯特稳定性判据
6．3．1 幅角原理
6．3．2 在控制设计中的应用
6．4 稳定裕度
6．5 伯德增益相位关系
6．6 闭环频率响应
6．7 补偿
6．7．1 PD补偿
6．7．2 超前补偿
6．7．3 PI补偿
6．7．4 滞后补偿
6．7．5 PID补偿
6．7．6 设计的考虑因素
△6．7．7 灵敏度函数性能指标
△6．7．8 灵敏度函数的设计限制
△6．8 时滞
△6．9 数据的其他表示
6．9．1 尼科尔斯图
6．10 历史回顾
本章小结
复习题
习题
第7章 状态空间设计法
7．1 状态空间的优点
7．2 状态空间中的系统描述
7．3 方框图和状态空间
状态空间的时间和幅值换算
7．4 状态方程的分析
7．4．1 方框图与标准型
7．4．2 从状态方程求解动态响应
7．5 全状态反馈的控制规律设计
7．5．1 寻找控制规律
7．5．2 引入全状态反馈的参考输入
7．6 优良设计的极点位置选择
7．6．1 主导二阶极点
7．6．2 对称根轨迹（SRL）
7．6．3 两种方法的评论
7．7 估计器设计
7．7．1 全阶估计器
7．7．2 降阶估计器
7．7．3 估计器极点选择
7．8 补偿器设计： 结合控制规律和估计器
7．9 带有估计器的参考输入
7．9．1 参考输入的一般结构
7．9．2 选择增益
7．10 积分控制和鲁棒跟踪
7．10．1 积分控制
△7．10．2 鲁棒跟踪控制： 误差空间法
△7．10．3 扩展估计器
△7．11 回路传递恢复（LTR）
△7．12 使用有理传递函数的直接设计
△7．13 含纯时滞的系统设计
7．14 历史回顾
本章小结
复习题
习题
第8章 数字控制
8．1 数字化
8．2 离散系统的动态分析
8．2．1 z变换
8．2．2 z逆变换
8．2．3 s与z的关系
8．2．4 终值定理
8．3 离散等效设计
8．3．1 零极点匹配法（MPZ）
8．3．2 改进的零极点匹配法（MMPZ）
8．3．3 比较三种数字逼近方法
8．3．4 离散等效设计法的应用限制
8．4 硬件特性
8．4．1 模数（A/D）转换器
8．4．2 数模（D/A）转换器
8．4．3 抗混叠预滤波器
8．4．4 计算机
8．5 采样速率的选择
8．5．1 跟踪有效性
8．5．2 扰动抑制
8．5．3 抗混叠预滤波器的作用
8．5．4 异步采样
△8．6 离散设计
8．6．1 分析工具
8．6．2 反馈特性
8．6．3 离散设计举例
8．6．4 设计的离散分析
8．7 历史回顾
本章小结
复习题
习题
第9章 非线性系统
9．1 引言和动机： 为什么学习非线性系统
9．2 线性化分析
9．2．1 使用小信号分析的线性化
9．2．2 使用非线性反馈的线性化
9．2．3 使用反向非线性的线性化
9．3 使用根轨迹法的等效增益分析
9．3．1 积分器抗漂移
9．4 使用频率响应的等效增益分析： 描述函数
9．4．1 用描述函数的稳定性分析
△9．5 基于稳定性的分析和设计
9．5．1 相平面
9．5．2 李雅普诺夫稳定性分析
9．5．3 圆判据
9．6 历史回顾
本章小结
复习题
习题
第10章 控制系统设计： 原理与案例研究
10．1 控制系统设计概要
10．2 卫星姿态控制设计
10．3 波音747飞机的侧向和纵向控制
10．3．1 偏移阻尼器
10．3．2 姿态保持自动导航仪
10．4 汽车引擎的油气比例控制
10．5 硬盘的读/写磁头组件控制
10．6 半导体芯片制造中的快速热处理器控制系统
10．7 趋化性或者大肠杆菌的顺利游动
10．8 历史回顾
本章小结
复习题
习题
附录A 拉普拉斯变换
附录B 章末复习题答案
附录C MATLAB命令
参考文献
术语表
网 上 附 录
附录WD 复变量回顾
附录WE 矩阵理论总结
附录WF 能控性和能观性
附录WG Ackermann公式的极点配置
附录W2 动态模型
附录W3 框图化简
附录W4 时域响应对参数变化的灵敏度
附录W5 根轨迹设计法
附录W6 频率响应设计法
附录W7 数据的其他表示
附录W8 数字控制

前言/序言

《动态系统反馈控制（第六版）》 引言 在现代工程和科学的广阔领域中，对动态系统的精确控制是实现高效、可靠和安全运行的关键。从航空航天的精密导航到工业生产线的自动化流程，再到医疗设备的人体生理参数监测，无处不见控制技术的深远影响。本书，《动态系统反馈控制（第六版）》，旨在为读者提供一套全面而深入的理论框架和实践指南，以理解和设计高性能的反馈控制系统。 本书秉承循序渐进的原则，从基础概念出发，逐步深入到复杂的控制策略和先进的应用。它不仅关注理论的严谨性，更强调实际工程问题的解决能力。无论是初学者希望系统性地掌握控制工程的基础，还是经验丰富的工程师寻求拓展知识边界，本书都将是宝贵的参考。 核心内容概述 第一部分：系统建模与分析 本部分为深入理解控制系统奠定坚实基础。我们将从描述动态系统的数学模型入手，涵盖线性常微分方程、传递函数、状态空间表示等多种建模方法。重点讲解如何将物理系统的特性转化为可用于分析和设计的数学模型，并介绍不同模型之间的转换方法。 系统建模： 学习如何从物理原理（如牛顿定律、电路方程、能量守恒定律）导出系统的数学模型。我们将探讨连续时间系统和离散时间系统的建模技术。 传递函数： 理解输入输出关系如何通过传递函数来表示，以及其在时域和频域分析中的作用。 状态空间表示： 介绍更通用的状态空间方法，它能够处理多输入多输出（MIMO）系统，并为后续的现代控制理论打下基础。 线性系统分析： 深入研究系统的时域响应（如阶跃响应、冲激响应）和频域响应（如伯德图、尼奎斯特图），以及它们如何揭示系统的稳定性、瞬态响应和稳态性能。 稳定性分析： 详细探讨各种稳定性判据，包括 Routh-Hurwitz 判据、Nyquist 稳定判据和根轨迹分析。 第二部分：反馈控制系统设计 在对系统有了充分理解后，本部分将着重于如何设计控制器来改善系统的性能。我们将系统地介绍经典控制理论的设计技术，并逐步引入现代控制理论的方法。 PID 控制器设计： PID（比例-积分-微分）控制器是工业中最广泛使用的控制器类型。本书将详细讲解 PID 控制器的原理、参数整定方法（如 Ziegler-Nichols 方法）以及其在改善系统响应方面的作用。 根轨迹分析与设计： 根轨迹是一种强大的图形化工具，用于分析反馈增益变化对系统闭环极点位置的影响，并指导控制器参数的设计，以满足特定的性能要求。 频率响应设计： 利用频率响应（伯德图）来设计补偿器（如超前、滞后、超前-滞后补偿器），以满足稳态精度、瞬态响应和稳定性等方面的要求。 可控性与可观测性： 这是现代控制理论的核心概念。我们将深入分析系统的可控性（是否能通过输入向量驱动系统到任意状态）和可观测性（是否能通过输出向量估计系统状态），这是状态反馈和状态估计的基础。 状态反馈控制： 基于状态空间模型，学习如何设计状态反馈控制器来任意配置闭环系统的极点，从而实现期望的性能。 状态观测器： 当系统状态无法直接测量时，状态观测器能够根据系统的输入和输出估计系统的状态。本书将介绍 Luenberger 观测器及其设计方法。 第三部分：先进控制技术与应用 本部分将进一步拓展控制理论的应用范围，介绍一些更先进的控制技术，并结合实际工程案例进行说明。 最优控制： 介绍如何设计在给定性能指标下使系统性能最优的控制器，如线性二次型调节器（LQR）。 数字控制系统： 随着数字技术的发展，数字控制器在现代控制系统中扮演着越来越重要的角色。本部分将涵盖采样系统、离散时间系统分析以及数字控制器设计。 鲁棒控制： 探讨如何设计在存在模型不确定性和外部扰动时仍能保持良好性能的控制器。 模型预测控制（MPC）： 介绍一种先进的控制策略，它利用系统的模型来预测未来系统的行为，并根据预测结果优化控制输入。 非线性系统控制： 简要介绍非线性系统的特性以及一些基本的非线性控制方法。 特色与亮点 理论与实践的深度融合： 本书在介绍理论概念的同时，大量结合了工程实际问题和示例，帮助读者将所学知识应用于解决实际工程挑战。 丰富的例题与习题： 每章都配有精心设计的例题，详细展示了问题的求解过程，以及大量的习题，供读者巩固和深化理解。 清晰的数学推导： 所有重要的数学推导都清晰呈现，便于读者理解概念的由来和应用。 现代控制理论的引入： 本书在经典控制理论的基础上，系统地介绍了状态空间、可控性、可观测性、状态反馈等现代控制理论的核心概念，为读者掌握更高级的控制技术打下基础。 对实际工程的关注： 书中会讨论实际系统中可能遇到的各种问题，如传感器噪声、执行器饱和、模型参数不确定性等，并提供相应的解决方案。 目标读者 本书适用于以下读者群体： 本科高年级及研究生： 学习自动控制、电气工程、机械工程、航空航天工程、生物医学工程、化学工程等相关专业的学生。 控制系统工程师： 希望系统性地学习控制理论，提升设计和分析能力的专业人士。 科研人员： 在相关领域进行研究，需要扎实的控制理论基础的研究者。 对动态系统控制感兴趣的读者： 任何希望深入了解如何使复杂系统稳定、高效运行的个人。 结语 《动态系统反馈控制（第六版）》 是一本集理论深度、实践应用和前沿技术于一体的权威著作。通过学习本书，读者将能够建立起对反馈控制系统坚实的理论认知，掌握设计和分析各种控制系统的能力，并为解决当今和未来工程领域中的复杂控制问题做好准备。

评分☆☆☆☆☆

对于我来说，这本书最吸引我的地方在于它对实际应用的强调。它不仅仅是停留在理论层面，而是将理论知识与工业实践紧密结合。书中穿插了许多真实世界的案例分析，例如在航空航航天、机器人控制、过程控制等领域的应用。这些案例不仅让我看到了自动控制原理的强大威力，也让我对所学知识的价值有了更深刻的认识。能够将书本上的知识与实际工程问题联系起来，这对于我未来的职业发展至关重要。我尤其喜欢关于汽车动力学控制的章节，它让我对现代汽车的智能化有了更深的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书的附录内容也非常有价值。通常，附录会包含一些补充性的资料，比如常用的数学公式、系统辨识的常用方法、或者一些高级主题的简介。这本书的附录就非常详尽，为我提供了很多额外的学习资源，让我能够更深入地探索自动控制领域的各个方面。例如，关于拉普拉斯变换和傅里叶变换的汇总，对我复习和应用这些数学工具非常有帮助。这些附录内容，往往是那些对某个特定领域有深入研究的读者会特别关注的，作者考虑得很周全。

评分☆☆☆☆☆

总的来说，这本书对我而言是一次非常有益的学习体验。它系统地梳理了自动控制领域的知识体系，从理论到实践，从基础到进阶，都进行了深入浅出的讲解。作者的教学方法循循善诱，例子丰富，让我能够轻松愉快地掌握复杂的知识。这本书不仅是一本优秀的教科书，更是一本值得反复研读的参考书。我会在今后的学习和工作中，经常翻阅这本书，相信它会一直是我学习路上的重要伙伴。它是我在自动控制领域构建知识体系的最佳起点。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版日期虽然不是最新的，但其内容的经典性却历久弥新。很多基础原理和核心概念，即使在技术飞速发展的今天，依然是自动控制领域不可或缺的基石。作者在内容的选取上，非常注重基本功的培养，确保读者能够掌握最核心、最根本的知识。虽然有些地方的技术应用可能已经有所更新，但书中讲解的原理和方法，依然能够为我们理解和掌握新技术提供坚实的理论支撑。在我看来，一本好的教科书，其价值不在于追逐最前沿的技术，而在于能够为读者打下最牢固的知识根基。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版设计我个人非常喜欢。字体大小适中，行间距舒适，章节标题、公式、图表都有清晰的标识和编号，使得阅读和查找信息都非常方便。页边距的处理也很合理，留有足够的空白，方便读者在阅读时进行笔记和标注。书本拿在手里，整体感觉非常专业和舒适，这对于一本厚重的技术类书籍来说，是相当难得的。一本好的书，不仅要有好的内容，还要有好的阅读体验，这本书在这方面做得相当出色。

评分☆☆☆☆☆

书中例题的设计可谓是精挑细选，每一个例题都紧扣章节内容，并且难度梯度设计得非常合理。从基础的计算题到复杂的系统分析，每一个环节都能够很好地巩固我所学到的知识。更难能可贵的是，书中对于例题的解析非常详尽，不仅仅是给出最终答案，而是详细列出了求解的每一个步骤，甚至还解释了每一步的原理和思考过程。这让我即使遇到难题，也能通过对照解析找到思路，并且学习到解决问题的方法。有时候，一些习题的难度会让我望而却步，但仔细研究例题的解法后，我总是能茅塞顿开，找到解决问题的关键。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节逻辑清晰，结构完整。每一章节的学习都像是在为下一章节打下坚实的基础。从最基本的系统建模、传递函数，到状态空间分析，再到各种控制器设计方法，整个学习过程非常流畅，没有出现知识断层的感觉。作者在过渡章节时也处理得非常自然，能够巧妙地将前一章节的内容与新章节的内容联系起来，使得知识体系更加融洽。我发现，当我掌握了一个章节的内容后，再去学习下一个章节时，会感到更加轻松和自信，因为我已经具备了必要的知识储备。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常独特，既有严谨的学术表述，又不乏通俗易懂的解释。作者在讲解复杂概念时，总是会穿插一些生动的比喻或者贴近实际的例子，这对于我这样非专业背景的读者来说，极大地降低了理解门槛。例如，在介绍 PID 控制器时，作者并没有直接抛出数学公式，而是先用一个“调节水龙头”的比喻来形象地说明比例、积分、微分三个参数的作用，这种循序渐进的教学方式让我印象深刻。此外，书中还包含大量的图表和插图，它们并非简单的装饰，而是巧妙地辅助文本进行解释，将抽象的理论可视化，让我能够更直观地理解各个概念之间的联系。不得不说，作者的教学功底非常深厚。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁大气，经典的蓝白配色，标题清晰醒目，给人一种严谨、专业的感觉。当我第一次拿到这本书时，就被它厚实的质感和精美的排版所吸引。书页的纸张质量很好，印刷清晰，阅读起来非常舒适，即使长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。装订也非常牢固，每一页都紧密连接，不必担心书本散架的问题。从装订工艺和纸张选择上，就能感受到出版社对这本书的用心程度，这无疑为接下来的学习过程打下了良好的基础，让我对这本书的内容充满了期待。我仔细翻阅了目录，内容涵盖了从基础理论到高级应用的方方面面，让我看到了作者在内容编排上的严谨和周全。

评分☆☆☆☆☆

这本书的数学推导严谨，又不失简洁。作者在给出公式和定理时，通常会先给出直观的理解，然后再进行严格的数学证明。这种方式既保证了理论的严谨性，又照顾到了不同读者的接受能力。我特别欣赏作者在处理复杂数学公式时的清晰度，符号的使用规范，逻辑清晰，使得读者能够更容易地理解推导过程。有时，一些高级的数学工具可能会让人感到畏惧，但这本书中的呈现方式让我觉得这些数学工具并非遥不可及，而是解决实际问题的有力武器。

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非常漂亮，很喜欢，以后会再来

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比起图灵系列还是差一点。

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评分☆☆☆☆☆

质量不错......正版......