自动控制原理（第二版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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夏超英 著

图书标签:

• 自动控制原理
• 控制理论
• 自动控制
• 系统分析
• 反馈控制
• 现代控制
• 控制系统
• 工程控制
• 数学模型
• 控制工程

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030426581

版次：2

商品编码：12109516

包装：平装

丛书名： 普通高等教育自动化类国家级特色专业系列规划教材

开本：16开

出版时间：2014-12-01

用纸：胶版纸

页数：318

字数：506000

正文语种：中文

编辑推荐

　　注意结合工程意义讲解基本概念，注重内容的工程性和系统性
　　突出解决问题的思路与方法，对知识的讲解力求做到深入浅出
　　避免复杂公式推导，力求做到层次清楚、内容精简、逻辑性强
　　章节及内容安排可以满足不同学时的授课要求
　　可为任课教师提供电子课件

内容简介

　　自动控制原理是系统和控制科学的一门基础课程，主要讲解建立在传递函数输入输出描述基础之上的反馈控制系统的分析与综合方法。《自动控制原理（第二版）》的主要内容包括控制系统的数学模型、时域分析方法、根轨迹法、频域分析方法、控制系统的校正、采样控制系统和非线性控制系统。
　　《自动控制原理（第二版）》在内容上强调基础性和系统性，注重基本概念的阐述和不同分析设计方法的比较，在知识的介绍过程中尽量避免高深的数学公式推导，在写作上力求做到层次清楚，内容精简，逻辑性强，符合工科学生的认识规律和思维习惯。
　　《自动控制原理（第二版）》可作为高等院校自动化、电力系统自动化、机电一体化、化工自动化及其他相关专业的本科生教材，也可供相关专业技术人员参考。

内页插图

目录

第二版前言

第1章 绪论
1-1 控制系统的组成和基本结构
1-2 自动控制理论的内容和发展
1-3 反馈控制系统示例
1-4 控制系统的类型
习题

第2章 控制系统的数学模型
2-1 拉普拉斯变换
2-2 线性系统的输入输出描述和传递函数
2-3 非线性微分方程在工作点附近的线性化
2-4 一些典型对象和零部件的传递函数
2-5 动态结构图
2-6 信号流图
习题

第3章 控制系统的时域分析方法
3-1 控制系统的性能指标
3-2 控制系统的稳定性
3-3 控制系统的稳态误差
3-4 控制系统的动态响应
3-5 系统的根轨迹
3-6 根轨迹的绘制方法
习题

第4章 控制系统的频域分析方法
4-1 频率特性的概念
4-2 典型环节的频率特性
4-3 开环频率特性曲线的绘制
4-4 奈奎斯特稳定性判据
4-5 闭环频率特性及特性指标
4-6 系统频域指标与时域指标的关系
习题

第5章 控制系统的综合校正
5-1 控制系统的设计指标和校正方式
5-2 常用的校正装置
5-3 串联校正
5-4 按希望特性校正
5-5 反馈校正
5-6 复合校正
习题

第6章 采样控制系统
6-1 z变换与z反变换
6-2 采样器、保持器和脉冲传递函数
6-3 采样系统分析
6-4 采样系统的根轨迹分析与设计
6-5 有限拍采样系统设计
6-6 离散系统的模拟化设计方法
习题

第7章 非线性控制系统
7-1 非线性系统的特征和研究方法
7-2 控制系统中的典型非线性特性
7-3 非线性系统的描述函数分析方法
7-4 非线性系统的相平面分析方法
习题
参考文献
附录 MATLAB函数一览表
部分习题参考答案

前言/序言

　　本书是作者2010年编写的《自动控制原理》一书的再版，其中作者对第一版的内容进行了较大的调整，删除了第一版第3章（控制系统的时域分析方法）和第4章（根轨迹法）中的部分内容，将其合并为一章，以使得第3章（控制系统的时域分析方法）、第4章（控制系统的频域分析方法）和第5章（控制系统的综合校正）三章之间更加紧凑。
　　改版后的教材，力争使学生对稳定性概念及其工程意义有一个深刻的理解，掌握内模原理所揭示的反馈控制系统静态设计的结构特征，特别是从系统闭环主导极点设置和开环频率特性中频段设计要求、闭环频率特性设计要求的因果关系中，认识到时域方法和频域方法的统一性，即除非闭环系统的动态特性由主导极点或主导极、零点支配，否则系统动态特性和开环频率特性中频段特性间的关系会变得很复杂，主导极点是单回路反馈控制系统动态设计方法的精髓。结合多年的教学经验，作者总结提炼出了根轨迹的连续性、原点附近系统开环传递函数极零点盈余数、开环频率特性低频段极零点盈余数、中频段设计的规则化、Mrmin四边形和最佳Mrmin四边形、正弦输入下稳定的非线性特性等概念，加入并强调这些概念对加深学生对课程内容的理解和掌握将会是十分有效的。
　　考虑到MATLAB相关书籍的普及，在本版中删除了原书有关MATLAB辅助分析和设计的内容，只给出了函数一览表，教师可以根据具体情况安排相关内容的介绍。
　　本书可以适应不同教学计划的需要，第2章中的典型对象和零部件模型，可以根据不同专业的情况添加或删减，第5章综合校正的内容可以选择根轨迹和频率特性两种方法都讲，或只讲其中一种方法。如果只讲前5章，建议的授课学时为48学时，而只讲前5章和第6、7章中的一章，建议的授课学时为56学时，全书的建议学时为64学时。
　　作为本书的配套教材，作者2012年编写的《现代控制理论》-书的第二版也将在近期出版。
　　由于作者水平有限，书中难免会存在不妥之处，希望读者不吝指正。

探索系统运行的奥秘：从基本概念到复杂应用的智慧之书 这是一本深度剖析现代工程和科学领域核心驱动力的著作。它并非关注某个特定领域的知识，而是聚焦于那些贯穿物理、工程、生物、经济甚至社会科学的普遍性规律——系统如何自我调节、如何响应外界变化、如何实现稳定运行并达到特定目标。本书将带领读者进入一个广阔的、充满活力的系统世界，揭示驱动这一切的底层逻辑与精妙设计。 第一部分：理解系统的语言——动态行为的基石 在开始任何深入的探讨之前，我们首先需要建立一套理解系统行为的通用语言。本部分将从最基本的概念入手，为读者构建起系统的骨架。 系统是什么？ 我们将界定“系统”的含义，理解其由相互关联的组成部分构成，共同执行特定功能的本质。从简单的弹簧-质量-阻尼器模型，到复杂的化学反应器，再到经济体的供需平衡，都将被视为不同层级的系统。我们将学习如何识别系统的边界，区分输入、输出和内部状态，以及理解它们之间的因果关系。 动态的魅力： 现实世界中的大多数系统都不是静止的，它们随时间发生演变。本部分将重点介绍描述系统随时间变化的数学工具，包括微分方程和差分方程。读者将学习如何通过这些方程来精确地刻画系统的动态特性，例如系统的响应速度、稳定性以及是否存在振荡等。我们将从一阶系统和二阶系统的简单模型出发，逐步理解更复杂系统的行为模式。 模型的构建与验证： 科学研究和工程设计离不开模型。本书将深入探讨如何根据物理定律、实验数据或经验知识，构建出能够近似真实系统行为的数学模型。我们会讨论模型的简化原则、参数辨识的重要性，以及如何通过实验数据来验证模型的准确性。模型不仅是理解系统的工具，更是设计和优化系统的基础。 传递函数：从输入到输出的桥梁： 传递函数是描述线性定常系统（LTI系统）输入-输出关系的强大工具。本部分将详细介绍传递函数的定义、性质及其在系统分析中的应用。读者将学习如何从微分方程推导出传递函数，如何通过传递函数来分析系统的频率响应和瞬态响应，以及如何利用它来预测系统在不同输入信号下的行为。 第二部分：揭示系统的内在灵魂——稳定性与性能的评估 理解了系统的基本动态特性后，我们将进一步深入挖掘系统的内在“灵魂”，关注其能否稳定运行，以及能否高效地达到预期性能。 稳定性：系统运行的生命线： 系统的稳定性是其能否正常工作的首要条件。本部分将围绕“稳定性”展开深入讨论。我们将介绍不同类型的稳定性概念，例如李雅普诺夫稳定性、渐近稳定性等。读者将学习如何利用代数判据（如劳斯-霍尔维茨判据）和根轨迹等方法来判断系统的稳定性，并理解稳定性与系统参数之间的关系。一个不稳定的系统，无论其设计多么精巧，都无法实现预期的功能。 性能指标：量化系统的优劣： 除了稳定性，系统的性能也是衡量其好坏的关键。本部分将介绍一系列重要的性能指标，包括超调量、调节时间和稳态误差等。读者将学会如何通过这些指标来量化系统的响应特性，并理解不同系统参数对性能指标的影响。例如，一个快速响应但超调量大的系统可能在某些应用中不适用，而一个响应缓慢但稳定的系统则可能在其他场合是最佳选择。 根轨迹：动态变化的视角： 根轨迹是一种图形化分析技术，能够直观地展示当系统某一参数（例如增益）变化时，系统极点（决定系统稳定性和响应特性的关键）的移动轨迹。本部分将详细讲解根轨迹的绘制方法及其在分析系统稳定性、设计控制器方面的应用。通过根轨迹，我们可以清晰地看到系统参数变化对系统动态特性的影响，从而指导我们进行参数的优化设计。 频率响应：系统在不同“频率”下的表现： 许多系统会受到不同频率的干扰或驱动信号。频率响应分析能够帮助我们理解系统在不同频率下的行为特性，例如它对高频信号的抑制能力，或者对特定频率的放大作用。本部分将介绍奈奎斯特判据、伯德图等频率域分析工具，并讲解如何利用它们来评估系统的稳定性、设计滤波器以及分析系统的抗干扰能力。 第三部分：掌控系统的未来——设计与优化的艺术 理解了系统的动态行为和评估了其内在性能后，我们便拥有了掌控系统未来的能力——设计与优化。本部分将聚焦于如何通过设计控制器来改善系统的性能，使其满足更苛刻的要求。 反馈控制：智能系统的核心： 反馈是现代控制系统的灵魂。本部分将深入探讨反馈控制的基本原理，即通过测量系统的输出，将其与期望值进行比较，并根据误差信号来调整系统的输入，从而实现对系统行为的精确控制。我们将分析开环控制和闭环控制的优劣，理解反馈在提高系统精度、鲁棒性和抗干扰能力方面的不可替代的作用。 PID控制器：普适性的强大工具： PID（比例-积分-微分）控制器是工业界应用最广泛的控制器之一。本部分将详细介绍PID控制器的原理，包括比例控制、积分控制和微分控制各自的作用，以及如何将它们有机结合来达到最优的控制效果。我们将讲解PID参数的整定方法，并分析PID控制器在各种工程实践中的成功案例。 状态空间方法：更全面的系统描述： 相比于传递函数，状态空间方法能够更全面地描述系统的动态行为，尤其适用于多输入多输出（MIMO）系统以及非线性系统。本部分将引入状态空间方程，讲解状态变量的概念，以及如何利用状态空间方法来分析系统的可控性和可观测性。这为设计更先进的控制器奠定了基础。 现代控制理论：迈向更高级的智能： 本部分将为读者打开现代控制理论的大门，介绍诸如极点配置、线性二次型调节器（LQR）等先进的控制设计方法。这些方法能够根据系统的状态信息，设计出最优的控制器，从而在兼顾稳定性的同时，最大化地优化系统的性能。我们将探讨如何利用这些方法来解决更复杂、更具挑战性的控制问题。 系统辨识与自适应控制：让系统“自主学习”： 现实世界中的系统参数往往会随着时间发生变化，或者我们对系统的了解并不完全。本部分将介绍系统辨识技术，即如何利用实测数据来估计系统的模型参数。在此基础上，我们还将探讨自适应控制的概念，即控制器能够根据系统参数的变化而自动调整其控制策略，从而始终保持良好的控制性能。 本书不仅适合于机械、电子、电气、自动化等相关专业的学生，更是广大从事工程设计、科学研究、技术开发以及对系统运行原理感兴趣的工程师和科学工作者的宝贵参考。它将帮助您建立起对复杂系统运行机制的深刻洞察，掌握设计和优化智能系统的关键技术，从而在不断变化的现代科技浪潮中，成为真正能够驾驭复杂系统的智慧引领者。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种半路出家，想要系统学习自动控制的朋友来说，这本书真的太友好了。我之前对数学和工程知识的基础算是有一些，但接触自动控制还是第一次。这本书的讲解方式非常循序渐进，它不会假设读者已经掌握了所有相关的背景知识，而是在必要的时候对一些基础概念进行回顾和补充。例如，在讲解拉普拉斯变换的时候，它会简单回顾一下复数和积分的概念，让你能够更顺畅地理解后续的内容。而且，书中的图表和插图也运用得非常恰当，很多复杂的系统框图和时域、频域响应曲线都画得清晰明了，非常有助于理解。我尤其喜欢它在讲解反馈控制的时候，用了“调节器”和“被控对象”这样的比喻，一下子就把抽象的概念形象化了。读这本书就像是有一位经验丰富的老师在旁边手把手地教你，让你不会迷失方向，能够扎扎实实地掌握每一个知识点。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是我的救星！最近在忙一个项目，涉及到很多复杂的系统集成，之前对自动控制这块儿一直有些模糊的概念，总感觉抓不住重点。翻了翻这本《自动控制原理（第二版）》，哇，真的太惊喜了！它不像那些枯燥的教科书，上来就给你一堆公式和定理，而是从最基础的物理概念讲起，比如信号是怎么传递的，系统是怎么响应的，一点点地构建起我的认知。特别是关于传递函数和闭环系统的部分，作者用了非常生动形象的比喻，就像是把一个原本很抽象的概念变成了我能触摸到的实体，我一下子就理解了为什么系统会震荡，为什么需要阻尼。书里的例题也非常贴合实际，不是那种脱离现实的理论题，很多都能在我实际遇到的问题中找到影子，这让我觉得学到的知识非常有价值，能够直接应用到工作上去。而且，排版和语言都非常友好，读起来一点都不费力，有时候甚至会有种在和一位经验丰富的老教授聊天学习的感觉，受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我一开始拿到这本书的时候，对“第二版”这个名头并没有特别在意，以为就是一些小的修订。但当我深入阅读后，才发现它在内容深度和广度上都有了显著的提升。书中的许多章节都加入了最新的研究成果和技术进展，比如在模型辨识、鲁棒控制和自适应控制方面，都有非常详细的阐述，甚至还提到了前沿的智能控制和模糊控制的应用案例。这对于我这种需要时刻跟上行业发展的人来说，简直是及时雨。而且，它不仅仅是罗列了这些新技术，更重要的是，它将这些新技术与传统的控制理论巧妙地结合起来，让你明白它们是如何发展演变而来的，以及各自的优缺点和适用范围。这不像某些书籍那样，为了介绍新东西而新介绍，而是非常有条理地将它们融入到整个知识体系中。读完之后，我对整个自动控制领域有了更宏观、更深刻的理解，感觉自己的知识储备一下子上了一个台阶，底气也足了很多，下次再遇到类似的项目，我就会更有信心去设计更优化的控制方案了。

评分☆☆☆☆☆

这本《自动控制原理（第二版）》给我最大的感受就是它的“实在”。它不是那种只讲理论，让你学了之后不知道怎么用的书。作者在讲解每个概念的时候，都会辅以大量的实际工程案例，从工业生产线上的机器人控制，到航空航天领域的飞行器姿态控制，再到我们日常生活中常见的家电，几乎无所不包。这些案例分析得非常透彻，不仅介绍了控制系统的基本原理，更深入地探讨了在实际应用中会遇到的各种挑战，比如噪声干扰、参数不确定性、非线性因素等等，以及如何通过各种控制策略来解决这些问题。这让我意识到，理论知识的学习不仅仅是为了考试，更是为了解决实际问题。我之前总觉得理论和实践脱节，学了很多东西却不知道往哪儿用，这本书彻底打消了我的这个疑虑，让我看到了理论的强大力量，也让我学会了如何将这些理论转化为解决实际问题的工具。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉就是“有料”，而且“有料”得非常均匀，没有哪个部分感觉特别薄弱或者特别突兀。从最基础的系统建模，到传递函数、稳定性分析，再到各种控制器的设计（PID、超前滞后等），以及更高级的状态空间法和数字控制，几乎涵盖了自动控制领域的核心内容。而且，在每个部分，作者都力求做到深入浅出，既有严谨的数学推导，又不乏直观的物理解释。我尤其对书中关于系统辨识的章节印象深刻，它详细讲解了如何从实验数据中建立系统模型，这对于很多实际工程问题都至关重要。读完之后，我对如何分析和设计各种自动控制系统，都有了一个非常系统和完整的认识。感觉这本书就像一本“武功秘籍”，掌握了它，就能应对各种复杂的控制难题，对我的专业发展非常有帮助。