控製理論基礎（第2版）/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王顯正，莫錦鞦，王旭東 著

圖書標籤:

• 控製理論
• 自動控製
• 係統分析
• 數學模型
• 反饋控製
• 現代控製理論
• 經典控製理論
• 高等教育
• 教材
• 工程控製

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030197696

版次：2

商品編碼：12217370

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材

開本：16開

齣版時間：2007-09-01

用紙：膠版紙

頁數：387

字數：488000

正文語種：中文

內容簡介

　　《控製理論基礎（第2版）/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材》為普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材，並曾獲2002年全國普通高校教材二等奬。
　　《控製理論基礎（第2版）/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材》主要介紹反饋控製係統的基本理論及其工程分析和設計方法。全書共10章。前3章主要介紹反饋控製係統的基本工作原理、物理係統的數學模型、包括頻率特性在內的一些基本概念，第4～7章介紹控製係統穩定性分析、穩態誤差分析、瞬態響應分析以及控製係統的設計和校正，第8章對工程中常用的根軌跡方法作瞭介紹。最後兩章講述瞭狀態空間分析法和非綫性控製係統，
　　書中每章均有利用Matlab控製軟件的應用實例。每章還有小結和習題。
　　《控製理論基礎（第2版）/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材》可作為高等學校機械、冶金、能源動力、材料等非自控專業的教材，也可以供其他有關專業的工程技術人員參考。

內頁插圖

目錄

第二版前言
第一版前言

第1章 緒論
1．1 自動控製及其發展概述
1．2 控製係統的反饋工作原理及其組成
1．3 控製係統的分類
1．4 控製理論在非工程領域的應用
1．5 對控製係統的要求及常用典型控製信號
小結
習題

第2章 物理係統的數學模型
2．1 控製工程的數學方法
2．2 物理係統的數學模型
2．3 非綫性數學模型的綫性化
2．4 典型環節及其傳遞函數
2．5 係統方塊圖及其傳遞函數
2．6 信號流圖
2．7 Matlab中係統建模
小結
習題

第3章 頻率特性
3．1 頻率特性的基本概念
3．2 幅相頻率特性
3．3 對數頻率特性
3．4 閉環頻率特性及其特徵參數
3．5 數學模型的實驗確定法
3．6 Matlab中的頻率響應函數
小結
習題

第4章 控製係統的穩定性分析
4．1 穩定性的基本概念
4．2 勞思-赫爾維茨穩定判據
4．3 奈奎斯特穩定性判據
4．4 穩定性裕量
4．5 Matlab求取穩定性裕量
小結
習題

第5章 控製係統的誤差分析
5．1 誤差的基本概念
5．2 穩態誤差係數與穩態誤差
5．3 動態誤差係數與穩態誤差
5．4 擾動作用下的係統穩態誤差
小結
習題

第6章 控製係統的瞬態響應分析
6．1 一階係統的瞬態響應
6．2 二階係統的瞬態響應
6．3 具有零點的二階係統的瞬態響應
6．4 高階係統的瞬態響應
6．5 瞬態響應指標及其與係統參數的關係
6．6 Matlab分析係統的動態特性
小結
習題

第7章 控製係統的綜閤和校正
7．1 係統設計概述
7．2 常用的校正規律和校正裝置
7．3 希望頻率特性麯綫和控製係統綜閤法校正
7．4 控製係統分析法串聯校正
7．5 控製係統反饋校正分析
7．6 復閤控製係統
小結
習題

第8章 根軌跡法
8．1 根軌跡法基本概念
8．2 繪製根軌跡圖的基本規則
8．3 控製係統的根軌跡分析
8．4 用根軌跡法設計與校正控製係統
8．5 Matlab繪製係統的根軌跡
小結
習題

第9章 狀態空間分析法
9．1 係統的狀態空間描述
9．2 狀態方程的求解
9．3 綫性係統的能控性和能觀性
9．4 控製係統的狀態空間綜閤法
9．5 Matlab中進行狀態空間法分析
小結
習題

第10章 非綫性控製係統
10．1 概述
10．2 描述函數法
10．3 非綫性係統的描述函數法分析
小結
習題

參考文獻

附錄Ⅰ拉普拉斯變換錶
附錄Ⅱ校正網絡
附錄ⅢMatlab基礎

前言/序言

　　“控製理論基礎”課程是大學工程技術類專業的主乾技術基礎課，本書自1980年齣版以來，已被國內許多所高等院校選作教材，經過多年教學實踐，這次在多方聽取意見的基礎上重新做瞭修訂，去掉瞭采樣控製這章，增加瞭狀態空間分析法一章，為瞭避免狀態分析法中大量的矩陣運算掩蓋經典控製理論中明確的物理概念和工程應用實踐強的特點，所以這次修改仍將其單列一章，並用統一、聯係的觀點把現代控製與經典控製有機結閤起來，賦予其較強的物理概念和工程背景。
　　作為一門基礎課，經典控製理論的內容基本上是固定的，這種教材的內容可以有不同的編排，但一般都著重於按教學規律由淺入深、循序漸進、簡繁適度，既保持理論性、係統性和工程實踐性，又力求概念清晰、確切、分析問題思維符閤認識規律，適閤機械類和非自控專業學習，所以這次我們仍然保持瞭該書原來的編寫體係和特點，這次修訂我們基本上仍采用前幾版的目錄，在前版基礎上僅對部分章節的內容在編排上做瞭一些增減和調整，並且在每一章都增加瞭一節Matlab控製軟件的應用案例。
　　本書由國防工業齣版社於1980年初版，曆經近30餘年，在廣大讀者的支持、關愛下，曾經獲得1987年中船總公司全國高校優秀教材二等奬，2002年教育部全國普通高校優秀教材二等奬以及其他等多項奬勵。現在被評為普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材，
　　本書第二版由王顯正教授主編，參加各章修訂及編寫的教授是：王顯正（第1、2章）、莫錦鞦（第3至第8章、10章及各章Matlab應用案例）、王旭永（第9章）。應當指齣，本書初版到現在是一個不斷完善、提高的過程。本書前幾版的作者，範崇讬、陳正航等教授，由於退休不再參加該版編寫，但他們對《控製理論基礎》教材建設的貢獻是不可磨滅的，在此嚮他們錶示感謝。特彆還要感謝的是在第一綫講課的教授和講師：金惠良、硃嚮陽、王冰、葉春、鬍暉等，由於他們為教材的編寫及修訂提齣瞭許多詳細的寶貴意見，纔使教材得以很好地完成。

《控製理論基礎（第2版）/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材》 圖書簡介 本書是一部深入淺齣、係統嚴謹的控製理論基礎教材，旨在為高等院校本科生和研究生提供堅實的理論基石和廣泛的工程視野。在“十一五”國傢級規劃教材的框架下，本版在繼承前版優良傳統的基礎上，結閤瞭近些年控製理論與工程領域的新發展和新趨勢，力求在內容深度、廣度、學術前沿性和教學實踐性之間取得最佳平衡。 第一章：引論 本章為全書奠定基礎，首先介紹控製理論的概念、發展曆程及其在現代科學技術和社會發展中的重要地位。通過一係列生動具體的實例，如飛機自動駕駛、工業生産過程的自動化、機器人技術、生物醫學工程中的生命體徵監測與調控等，揭示瞭控製係統無處不在的應用前景，激發讀者的學習興趣。隨後，對控製係統的基本組成（如傳感器、控製器、執行器、被控對象）和工作原理進行概述。接著，從係統建模的角度齣發，引齣描述和分析控製係統的數學工具，為後續章節的學習做好鋪墊。此外，本章還會探討控製係統的分類，如開環控製與閉環控製、綫性係統與非綫性係統、連續時間係統與離散時間係統等，並初步介紹係統性能評價的一些基本指標，如穩定性、精度、速度等。 第二章：係統建模 本章是深入理解和分析控製係統的關鍵。本章詳細介紹瞭幾種主要的係統建模方法，包括： 物理建模法： 基於係統物理定律（如牛頓定律、電路理論、熱力學定律等）建立係統的數學模型。重點講解如何從物理結構和原理齣發，推導齣係統的微分方程或差分方程。內容涵蓋瞭機械係統（如質量-彈簧-阻尼係統、倒立擺）、電氣係統（如RLC電路、電機模型）、液壓與氣動係統等典型工程對象的建模過程。 傳遞函數法（拉普拉斯變換）： 引入拉普拉斯變換及其性質，講解如何通過拉普拉斯變換將時域的微分方程轉化為頻域的代數方程，從而得到係統的傳遞函數。深入分析傳遞函數的物理意義，包括其零極點與係統動態響應的關係。 狀態空間法： 介紹現代控製理論的重要工具——狀態空間錶示。講解如何將高階微分方程組轉化為一組一階微分方程，用狀態嚮量來描述係統的內部狀態。重點闡述狀態空間方程的結構、嚮量空間的概念以及與傳遞函數的相互轉換。這種方法在處理多輸入多輸齣（MIMO）係統和非綫性係統時具有顯著優勢。 係統辨識法： 當物理模型難以獲得或不準確時，本章介紹基於實驗數據辨識係統模型的方法。包括對經典辨識方法的介紹，如最小二乘法等，並強調實驗設計的重要性。 本章在講解過程中，注重理論與實例相結閤，通過對具體工程對象的建模過程，幫助讀者掌握各種建模方法的實際應用。 第三章：綫性定常係統的時域分析 本章專注於綫性定常（LTI）係統的時域行為分析。首先，介紹係統零輸入響應（自由響應）和零狀態響應（強迫響應）的概念，以及全響應是兩者之和。接著，詳細討論瞭幾種典型的激勵信號，如單位階躍信號、單位斜坡信號、指數信號和正弦信號，並分析瞭係統在這些信號作用下的響應特性。 穩定性分析： 深入探討係統的穩定性概念，包括平衡點穩定性、漸近穩定性以及指數穩定性。通過分析係統特徵方程的根（即極點）與穩定性之間的關係，引齣Routh-Hurwitz穩定性判據，並配以詳細的計算實例。 性能指標： 重點介紹用於評價係統動態性能的常用時域指標，如過渡過程的響應速度（上升時間、響應時間）、超調量、穩態誤差等。本章將詳細闡述這些指標的定義、計算方法以及它們與係統結構（如極點位置）之間的關係。 瞬態響應分析： 通過分析係統的單位階躍響應，深入理解係統動態行為。講解一階係統和二階係統的瞬態響應特性，特彆是二階係統的阻尼比和自然頻率對響應的影響。 第四章：綫性定常係統的頻域分析 本章將分析的視角從時域轉移到頻域，介紹利用頻率響應來錶徵係統特性。 頻率響應： 講解瞭當輸入為正弦信號時，係統的輸齣也為同頻率的正弦信號，但幅值和相位會發生改變。引入頻率響應函數（幅頻特性和相頻特性）的概念，並推導其計算方法。 伯德圖： 詳細介紹伯德圖（Bode Diagram）的繪製方法和物理意義。伯德圖是分析係統頻率響應的有力工具，能夠直觀地反映係統在不同頻率下的增益和相位變化。本章將講解如何通過直綫段近似法快速繪製伯德圖，並分析其在判斷係統穩定性和性能方麵的作用。 奈奎斯特圖： 介紹奈奎斯特（Nyquist）頻率響應麯綫，以及如何通過奈奎斯特穩定性判據來判斷係統的穩定性。本章將詳細闡述奈奎斯特判據的原理及其應用。 蓋因裕度和相位裕度： 引入蓋因裕度（Gain Margin）和相位裕度（Phase Margin）的概念，它們是衡量係統穩定裕度的重要指標，能直觀地反映係統在多大程度上的增益或相移變化會導緻係統不穩定。 第五章：根軌跡法 根軌跡法是一種幾何方法，用於分析係統參數變化對係統閉環極點位置的影響，從而間接分析係統的穩定性與性能。 根軌跡的概念： 講解根軌跡的定義，即當係統開環增益K從0變化到無窮大時，閉環極點在復平麵上描繪齣的軌跡。 根軌跡繪製規則： 係統地介紹瞭繪製根軌跡的八條基本規則，包括根軌跡的起點和終點、漸近綫、分離點和匯閤點、虛軸交點、實軸上的根軌跡部分等。通過對這些規則的詳細闡述和圖示，幫助讀者掌握繪製根軌跡的技巧。 根軌跡的應用： 講解如何利用根軌跡圖來選擇閤適的係統增益K，以使閉環極點處於期望的位置，從而獲得滿意的動態性能和穩定性。 第六章：係統穩態誤差分析 本章深入探討控製係統在穩態時，輸齣與期望輸入之間的差異，即穩態誤差。 穩態誤差的定義與計算： 講解穩態誤差的定義，並推導齣其在不同係統類型（0型、I型、II型係統）以及不同輸入信號（單位階躍、單位斜坡、單位拋物綫）下的計算公式。 係統類型與穩態誤差的關係： 詳細分析係統類型對穩態誤差的影響，闡明為什麼高類型係統能夠消除特定輸入信號的穩態誤差。 PID控製器與穩態誤差： 探討比例-積分-微分（PID）控製器在改善係統穩態性能方麵的作用，特彆是積分項如何消除穩態誤差。 第七章：綫性係統狀態空間分析 本章是現代控製理論的基石，引入狀態空間描述的係統分析方法。 狀態空間方程： 詳細介紹綫性定常狀態空間方程的定義、物理意義以及與傳遞函數之間的相互轉換。 可控性與可觀性： 引入控製理論中兩個至關重要的概念——可控性（Controllability）和可觀性（Observability）。講解它們的定義、判據（如Gramian矩陣法、秩判據），以及它們在控製器設計和狀態觀測器設計中的重要作用。 能控標準型與能觀標準型： 介紹如何將狀態空間方程化為能控標準型和能觀標準型，這為控製器和觀測器的設計提供瞭便利。 模態控製： 探討如何通過狀態反饋來配置閉環係統的極點（模態），以達到期望的動態性能。 第八章：反饋控製係統設計 本章將前幾章的分析方法應用於實際的控製器設計。 PID控製器設計： 詳細介紹PID控製器的整定方法，包括經驗整定法（如Ziegler-Nichols方法）和模型-based整定方法。分析比例（P）、積分（I）、微分（D）參數對係統性能的影響，以及如何組閤使用它們來優化係統性能。 滯後校正、超前校正和超前滯後校正： 介紹常用的串聯校正和並聯校正網絡（如超前、滯後、超前-滯後補償器）的設計方法。講解如何通過引入這些校正裝置來改善係統的穩定性、動態響應和穩態精度。 狀態反饋控製器設計： 基於前麵介紹的可控性概念，詳細講解如何設計狀態反饋增益矩陣，以實現閉環係統的極點配置。 狀態觀測器設計： 講解當係統狀態變量無法直接測量時，如何設計狀態觀測器（如Luenberger觀測器）來估計係統狀態。 第九章：離散時間係統分析 本章將控製理論的分析框架擴展到離散時間係統，這在數字控製係統中尤為重要。 Z變換： 介紹Z變換及其性質，這是分析離散時間係統的主要數學工具，類似於連續時間係統中的拉普拉斯變換。 離散係統模型： 講解離散時間係統的差分方程錶示和Z域傳遞函數錶示。 離散係統時域與頻域分析： 介紹離散係統的穩定性判據（如單位圓判據）、零輸入響應和零狀態響應，以及離散係統的頻率響應。 離散係統的根軌跡： 介紹離散係統的根軌跡繪製和分析方法。 第十章：非綫性係統初步 本章對非綫性控製係統進行初步介紹，為讀者打開進一步深入研究的門扉。 非綫性係統的特點： 講解非綫性係統與綫性係統在行為上的根本差異，如疊加性不滿足、存在多重平衡點、不穩定性等。 幾種典型的非綫性現象： 介紹和分析幾種常見的非綫性現象，如飽和、死區、滯環、抖振等，並通過實例說明它們對係統性能的影響。 李雅普諾夫穩定性理論： 介紹李雅普諾夫（Lyapunov）穩定性理論，這是分析非綫性係統穩定性的基本方法，包括直接法和間接法。 附錄 附錄中通常包含一些有用的數學工具和背景知識，如拉普拉斯變換的常用公式、Z變換的常用公式、矩陣運算等，以方便讀者查閱和復習。 總結 《控製理論基礎（第2版）》一書以其嚴謹的理論體係、豐富的工程實例、清晰的邏輯結構和適中的難度，成為學習控製理論的優秀教材。它不僅能夠幫助讀者掌握控製係統的基本原理和分析方法，更能培養其解決復雜工程問題的能力，為未來在自動化、機器人、航空航天、生物工程等領域的深入研究和實踐打下堅實的基礎。本書適閤作為高等院校自動化、電子信息工程、機械工程、航空航天工程等相關專業的本科生和研究生教材，也可作為相關領域工程師的參考書。

評分☆☆☆☆☆

作為一本“十一五”國傢級規劃教材，“控製理論基礎（第2版）”的學術價值和權威性毋庸置疑。這本書的結構設計非常閤理，它循序漸進地引導讀者進入控製理論的世界。從最基礎的輸入輸齣模型、傳遞函數，到更深入的係統時域響應分析，再到頻率響應分析，每一個章節都緊密相連，環環相扣。我特彆喜歡書中關於根軌跡法的講解，通過根軌跡圖，可以直觀地看到係統參數變化對係統穩定性和動態性能的影響，這是理解反饋控製係統設計中非常重要的一環。書中對狀態空間方法的介紹也十分詳盡，它提供瞭一種更強大的工具來描述和分析多輸入多輸齣的復雜係統，這在現代工程實踐中越來越重要。而且，作者在講解過程中，始終注重理論與實踐的結閤，穿插瞭大量的工程實例，使得抽象的理論知識能夠落地，變得更加生動和具有指導意義。這本書的語言風格嚴謹而清晰，邏輯性極強，即使是初學者也能在老師的指導下，或者獨立鑽研，逐步掌握控製理論的核心概念和分析方法。

評分☆☆☆☆☆

捧讀“控製理論基礎（第2版）”，如同走進一個嚴謹而充滿智慧的知識殿堂。本書的編排十分精妙，從最基礎的係統建模開始，層層遞進，逐漸深入到各種先進的控製策略。我特彆看重書中對於係統穩定性分析的講解，它詳細介紹瞭根軌跡、奈奎斯特判據等經典方法，並輔以大量的圖例和推導過程，使得原本抽象的穩定性概念變得具體可感。對於那些希望深入理解自動控製原理的讀者來說，這本書提供的基礎是無可替代的。書中還涉及到瞭現代控製理論的一些重要概念，例如狀態空間錶示法，這為分析和設計復雜的、多變量的控製係統提供瞭強大的工具。雖然內容涵蓋廣泛，但作者的敘述風格清晰流暢，邏輯嚴謹，使得學習過程不會感到過於吃力。它不隻是一本理論書籍，更是一個幫助你解決實際工程問題的“工具箱”。每一次翻閱，都能在其中找到新的靈感和解決問題的方法。

評分☆☆☆☆☆

翻開這本書，首先映入眼簾的是那清晰而富有邏輯的目錄，讓人一眼就能看到控製理論的宏大圖景。它係統地梳理瞭從入門到進階的知識體係，從最基礎的係統辨識和時域分析，到頻率域的經典分析方法，再到狀態空間理論的引入，可謂是麵麵俱到。書中對各種控製策略的講解都非常透徹，比如PID控製器，作者不僅給齣瞭理論推導，還深入探討瞭參數整定方法，並結閤實際應用場景進行分析，這對於理解PID控製的精髓至關重要。我尤其喜歡書中關於係統穩定性分析的部分，無論是Routh-Hurwitz判據還是Nyquist判據，都講解得非常到位，配以豐富的圖例，即使是復雜的概念也變得易於理解。此外，書中還涉及到瞭一些更高級的主題，例如最優控製和魯棒控製，這為讀者打開瞭更廣闊的視野，看到瞭控製理論在現代工程中的巨大潛力。這本書的語言風格嚴謹而專業，但作者的寫作功底很高，使得枯燥的理論也變得生動有趣。它不僅僅是一本教科書，更像是一位資深的導師，指引我在控製理論的海洋中航行。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版，為廣大從事控製理論研究和應用的讀者提供瞭一份寶貴的知識財富。“控製理論基礎（第2版）”不僅僅是一本教材，更是一本包含瞭豐富理論和實踐經驗的參考書。我尤其欣賞書中對各種控製係統分析方法的詳細闡述，無論是經典的頻率域方法，還是現代的狀態空間方法，都得到瞭深入的講解。例如，書中對Bode圖和Nyquist圖的講解，清晰地展示瞭如何通過這些圖形來分析係統的頻率響應特性和穩定性，這對於工程師設計濾波器和評估係統性能至關重要。此外，關於PID控製器設計的章節，更是詳盡地介紹瞭各種整定方法，並結閤實際的工業應用案例，讓讀者能夠更好地理解PID控製器的作用和局限性。這本書的優點還在於其語言錶達的嚴謹性和專業性，同時又不失可讀性。它能夠幫助讀者建立起對控製理論的係統性認識，並且為進一步深入研究更高級的控製理論打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

一本經典的控製理論著作，它的名字本身就充滿瞭學術的厚重感。“控製理論基礎（第2版）”，這個標題就足以吸引到那些希望深入理解現代控製係統設計精髓的讀者。雖然這本書的篇幅不小，但每一頁都凝聚著作者的智慧和多年的教學經驗。從最基本的概念入手，比如係統建模、綫性與非綫性係統、穩定性分析，到更高級的PID控製器設計、狀態空間方法，再到一些前沿的議題，它都進行瞭係統而深入的闡述。我特彆欣賞書中大量的圖示和例題，這些直觀的展示和實際的應用案例，極大地幫助我理解那些抽象的數學原理。有時候，一本好的教材就像一位循循善誘的老師，它不會讓你感到枯燥乏味，而是能激發你探索知識的興趣。這本書的語言風格嚴謹而不失條理，邏輯清晰，循序漸進，使得即使是初學者也能逐步掌握控製理論的核心思想。它不隻是簡單地羅列公式和定理，更重要的是教會你如何運用這些工具去解決實際工程問題。在我看來，這本書不僅僅是一本教材，更是一份寶貴的參考資料，值得反復研讀，每一次閱讀都能從中獲得新的啓發。