自动控制原理(第2版)(上册)(附光盘)——全国高等学校自动化专业系列教材 吴麒,王诗密 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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吴麒，王诗密 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302129691

商品编码：15072719477

包装：平装

出版时间：2006-08-01

图书基本信息
图书名称	自动控制原理(第2版)(上册)(附光盘)——全国高等学校自动化专业系列教材	作者	吴麒,王诗密
定价	45.00元	出版社	清华大学出版社
ISBN	9787302129691	出版日期	2006-08-01
字数	695000	页码	515
版次	2	装帧	平装
开本		商品重量	0.781Kg

内容简介

本书比较全面地覆盖了大学本科“自动控制理论”课程的主要内容，是大学的本科基础教材。本书在处理传统控制理论与状态空间控制理论的关系上，采取“数学描述统一，工程研究分开”的方法。在状态空间控制理论的陈述方法上，本书努力避免单调的数学论证模式，而尽量联系工程实际，这些特点使本书既保持应有的理论水平，又适合于实际教学使用。 本书上册叙述控制系统的数学描述（经典的和状态空间的）和经典控制理论的大部分内容，下册除叙述非线性系统和采样系统外，主要叙述状态空间控制理论和*控制。 本书可作为自动化专业本科生的教科书，也可作为其他与控制有关的专业的本科生与研究生以及科技与工程人员的参考书。

作者简介

吴麒，清华大学自动化系教授，博士研究生导师，中国自动化学会荣誉理事，1952年毕业于清华大学电机工程系，1959年获苏联技术科学博士学位，长期从事控制理论和控制工程的教学科研工作，与同事合作编著有《自动控制原理》、《多变量频率域控制理论》和《控制系统的智能设计》

目录

第1章 绪论 　1.1 自动控制 　1.2 反馈控制 　1.3 按扰动控制 　1.4 控制器的构成 　1.5 随动系统与恒值调节系统 　1.6 自动控制理论的发展简史 　1.7 自动控制学科在中国的发展历程 　附录1 中国学者在自动控制理论方面的研究成果 第2章 控制系统的数学描述 　2.1 引言 　2.2 运动对象的微分方程描述 　　2.2.1 列写原始运动方程组 　　2.2.2 非线性方程的线性化 　　2.2.3 为复杂对象建立数学模型 　　2.2.4 从原始方程组导出单变量微分方程 　　2.2.5 离散时间运动方程 　2.3 微分方程的解的结构与运动的模态 　2.4 微分方程的解在初始时刻的跳变 　2.5 拉普拉斯变换 　　2.5.1 拉普拉斯变换的定义 　　2.5.2 拉普拉斯变换的基本性质 　　2.5.3 用拉普拉斯变换解线性微分方程 　2.6 运动对象的状态空间描述 　　2.6.1 状态变量、状态向量与状态空间 　　2.6.2 状态方程与输出方程 　　2.6.3 从原始方程组导出状态方程组 　　2.6.4 状态向量的变换 　2.7 矩阵指数函数 　　2.7.1 矩阵指数函数的定义与基本性质 　　2.7.2 用矩阵指数函数解状态方程 　2.8 状态转移矩阵 　2.9 运动对象的传递函数描述 　　2.9.1 传递函数 　　2.9.2 框图 　　2.9.3 传递函数的极点与零点 　　2.9.4 传递函数的解耦零点 　　2.9.5 传递函数矩阵 　　2.9.6 状态空间描述下的传递函数矩阵 　2.10 闭环系统的传递函数 　　2.10.1 复杂框图的传递函数 　　2.10.2 闭环系统的传递函数 　2.11 控制系统的基本单元 　2.12 信号流图 　2.13 控制系统的系统矩阵描述 　　2.13.1 广义状态方程与系统矩阵 　　2.13.2 系统矩阵描述下的传递函数矩阵 　2.14 系统矩阵的严格系统等价变换 　　2.14.1 严格系统等价变换 　　2.14.2 传递函数矩阵的史密斯－麦克米伦标准形 　　2.14.3 传递函数矩阵的极点和零点 　2.15 闭环系统的特征多项式 　2.16 小结 　附录2.1 从框图求传递函数的流程 　附录2.2 求多项式矩阵的史密斯标准形的例题 　习题 第3章 线性控制系统的运动 　3.1 引言 　3.2 稳定性问题 　　3.2.1 运动的稳定性 　　3.2.2 线性系统运动稳定性的充分必要条件 　　3.2.3 稳定性的李雅普诺夫定义 　　3.2.4 李雅普诺夫方法 　3.3 稳定性的代数判据 …… 第4章 线性控制系统的频率响应分析 第5章 线性控制系统频率特性的校正与综合 第6章 根轨迹方法及控制系统根轨迹的校正 上册部分习题参考答案 上册名词索引 附： 多变量控制系统分析和设计软件IntelDes 3.0（光盘）

编辑推荐

文摘

序言

《现代控制理论与工程实践》 一、 概述 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代控制理论的学习框架，并强调其在实际工程应用中的指导意义。我们力求在理论的严谨性与工程的实践性之间找到最佳平衡点，帮助读者不仅理解控制系统的基本原理，更能掌握分析、设计和优化复杂控制系统的能力。全书内容覆盖了从经典控制理论的核心概念，到现代控制理论的前沿进展，并通过大量工程实例和仿真练习，将抽象的数学模型转化为可操作的工程解决方案。本书适合高等院校自动化、电子工程、机械工程、航空航天等相关专业的本科生、研究生，以及从事控制系统设计、开发和应用的研究人员和工程师阅读。 二、 内容要点 第一部分：经典控制理论回顾与基础构建 在进入现代控制理论之前，回顾和巩固经典控制理论的基础至关重要。本部分将系统地梳理经典控制理论的核心内容，为后续的深入学习打下坚实的基础。 1. 系统建模与数学表示： 传递函数与方块图：深入讲解线性时不变（LTI）系统的传递函数概念，包括其物理意义、推导方法以及在系统分析中的作用。学习如何使用方块图来表示复杂的系统结构，并掌握方块图的简化技巧。 微分方程与状态空间方程：详细阐述如何通过物理定律或实验数据建立系统的微分方程模型。在此基础上，引入现代控制理论的核心——状态空间方程，详细讲解状态变量的选择、状态方程的建立及其与传递函数之间的联系。 系统类型与性能指标：回顾系统类型（如零型、一型、二型系统）对稳态误差的影响，并深入分析瞬态响应指标（如超调量、峰值时间、调节时间）和稳态精度指标。理解这些指标如何量化系统的性能，以及它们之间的权衡关系。 2. 时域分析与稳定性判据： 单位阶跃响应与单位斜坡响应：分析典型输入信号（如单位阶跃、单位斜坡）作用下系统的时域响应特性，理解不同系统参数对响应轨迹的影响。 Routh-Hurwitz稳定性判据：详细讲解Routh-Hurwitz判据的原理、计算步骤以及如何利用它来判断系统的稳定性，包括对参数变化的敏感性分析。 根轨迹法：深入理解根轨迹的概念及其在分析系统闭环极点位置变化中的作用。学习如何根据开环传递函数的零极点绘制根轨迹，并利用根轨迹来设计控制器以满足性能要求。 3. 频域分析与稳定性判据： 频率响应与Bode图：讲解频率响应的物理意义，以及如何通过Bode图（幅频特性和相频特性）来描述系统的频率特性。学习如何分析Bode图中的增益裕度和相裕度，并理解它们与系统稳定性的关系。 Nyquist稳定判据：深入讲解Nyquist判据的原理，包括Nyquist曲线的绘制方法以及如何利用它来判断系统的稳定性，尤其适用于具有延迟环节或复杂传递函数的系统。 MIMO系统初步：简要介绍多输入多输出（MIMO）系统的概念，并初步探讨其在频域分析中的挑战。 第二部分：现代控制理论核心与工具 本部分将系统地介绍现代控制理论的数学框架和核心概念，为分析和设计更复杂的控制系统提供强大的工具。 1. 状态空间方法： 状态变量的意义与选择：深入探讨状态变量在描述系统内部状态方面的作用，并介绍不同系统中状态变量的选择原则和方法。 线性时不变（LTI）系统的状态方程：详细推导和分析LTI系统的连续时间和离散时间状态方程。 可控性与可观测性：这是现代控制理论的两个基本概念。详细讲解可控性判据（如Gramian矩阵法、秩判据）和可观测性判据（如Gramian矩阵法、秩判据），理解它们对于状态反馈控制和状态观测器设计的重要性。 模态控制与状态反馈：深入讲解模态控制的概念，即通过状态反馈来任意配置闭环系统的极点（模态）。详细介绍全状态反馈的控制律设计，包括极点配置法和线性二次型调节器（LQR）方法。 状态观测器设计：当所有状态变量无法直接测量时，需要设计状态观测器来估计它们。详细介绍Luenberger观测器的原理、设计方法，以及其与系统可观测性的关系。 2. 线性二次型调节器（LQR）： LQR问题定义与最优性：详细讲解LQR问题，即在满足一定约束条件下，使二次型性能指标（包含状态和控制输入）最小化的问题。 Riccati方程：推导并求解代数Riccati方程（ARE）或微分Riccati方程（DRE），以获得最优状态反馈增益。 LQR在系统设计中的应用：通过实例展示LQR在设计高性能、鲁棒的控制系统中的优势，包括其对系统不确定性和扰动的鲁棒性。 3. 离散时间系统分析与设计： 离散时间状态空间方程：讲解如何将连续时间系统离散化，以及离散时间系统的状态空间表示。 离散时间系统稳定性：分析离散时间系统的稳定性判据（如单位圆判据）。 离散时间LQR与极点配置：介绍离散时间系统的LQR设计和极点配置方法。 第三部分：鲁棒控制与现代控制工程实践 本部分将进一步探讨控制系统的鲁棒性问题，并结合实际工程应用，讲解更高级的控制策略和设计流程。 1. 鲁棒性分析与H∞控制： 系统不确定性的建模：介绍不同类型的不确定性（如参数不确定性、模型简化不确定性、外部扰动）的建模方法。 鲁棒稳定性的概念：定义和分析在不确定性存在的情况下，系统的稳定性是否能够得到保证。 H∞控制理论基础：引入H∞范数的概念，讲解其在度量系统增益和鲁棒性方面的作用。介绍H∞控制器设计的基本原理和方法（如标准H∞控制、干扰শক্তি抑制）。 H∞控制在工程中的应用：通过案例分析H∞控制在提高系统对模型不确定性和外部扰动鲁棒性方面的优势。 2. 模型预测控制（MPC）： MPC的基本原理：讲解MPC的核心思想——基于模型对未来一段时间内的系统行为进行预测，并优化控制输入序列，然后仅施加第一个控制输入。 MPC的优势：分析MPC在处理约束（输入约束、状态约束）、多变量耦合和非线性系统方面的优越性。 MPC的实现：介绍MPC的预测模型、优化问题求解以及滚动优化过程。 MPC在工业过程控制中的应用：通过实际工业案例，展示MPC在炼油、化工、电力等领域的成功应用。 3. 系统辨识与自适应控制： 系统辨识的概念与方法：讲解如何利用实验数据来建立和更新系统的数学模型，包括参数估计方法。 自适应控制基本原理：介绍自适应控制的概念，即控制器参数能够根据系统动态特性的变化而自动调整。 常见自适应控制策略：简要介绍如梯度法、Lyapunov法等自适应控制算法。 自适应控制的应用场景：分析自适应控制在处理模型参数变化、外部环境变化等情况下的适用性。 4. 先进控制技术概览： 非线性控制：简要介绍一些经典的非线性控制方法，如反馈线性化、滑模控制等，以及它们在处理非线性系统中的应用。 智能控制：初步介绍模糊控制、神经网络控制等智能控制技术，及其在复杂系统建模和控制中的潜力。 分布式控制与网络化控制：探讨分布式控制系统的架构和挑战，以及网络化控制系统中通信延迟、丢包等问题的影响。 第四部分：工程实践与仿真工具 理论知识最终需要通过工程实践来检验和应用。本部分将指导读者如何将所学知识应用于实际问题，并介绍常用的仿真工具。 1. 工程应用实例分析： 机器人控制：分析机器人关节的动力学建模、位置和力控制的设计。 航空航天系统控制：探讨飞机姿态控制、导弹制导等系统的设计。 过程控制系统：以化工反应器、锅炉等为例，讲解PID控制、模型预测控制在过程控制中的应用。 电力系统控制：分析发电机励磁控制、电网稳定控制等。 汽车电子控制：如发动机管理系统、ABS/ESP等。 2. 仿真工具与软件应用： MATLAB/Simulink：详细介绍MATLAB在控制系统建模、分析和仿真中的强大功能。重点讲解Simulink的建模环境，如何搭建Simulink模型，如何利用控制系统工具箱（Control System Toolbox）和Simulink的各种模块进行系统仿真和分析。 其他仿真工具：简要介绍LabVIEW、Python（配合SciPy、NumPy等库）等在控制系统开发中的应用。 3. 设计流程与调试策略： 系统建模与分析：强调准确建模是控制系统设计的基础。 控制器设计与参数整定：介绍不同控制器设计方法的选择原则，以及如何根据性能指标进行参数整定。 仿真与验证：强调仿真在验证控制器性能、发现潜在问题中的作用。 实际系统调试：介绍将仿真结果应用于实际系统时可能遇到的挑战，以及调试策略。 三、 本书特色 理论与实践并重：本书在介绍控制理论概念的同时，紧密结合工程实际，通过大量的案例分析和仿真练习，帮助读者将理论知识转化为解决实际工程问题的能力。 体系完整，循序渐进：从经典控制理论的基础回顾，到现代控制理论的核心内容，再到前沿的鲁棒控制和模型预测控制，本书构建了一个完整的学习体系，逻辑清晰，便于读者理解和掌握。 强调数学工具的应用：重点介绍状态空间方法、LQR、H∞控制等强大的数学工具，并指导读者如何熟练运用MATLAB/Simulink等软件进行建模、仿真和分析。 注重工程可行性：在介绍各种控制理论和方法时，本书不仅关注理论上的最优性，更考虑其在实际工程中的可行性和实现难度。 丰富的工程案例：涵盖了机器人、航空航天、过程控制、电力系统等多个领域的典型工程案例，使读者能够直观地理解控制理论的应用场景。 四、 学习建议 建议读者在学习本书时，不仅要理解理论概念，更要动手进行大量的仿真实验。利用MATLAB/Simulink等工具，对书中介绍的系统模型和控制器进行参数调整，观察不同参数对系统性能的影响，加深对理论的理解。积极思考如何将所学知识应用于自己感兴趣的工程领域，培养解决实际问题的能力。 通过学习本书，读者将能够系统地掌握现代控制理论的知识体系，并具备独立进行复杂控制系统分析、设计和优化的能力，为未来在自动化、智能制造、机器人等前沿技术领域的发展奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

在接触了《数字信号处理》这本教材后，我才真正领略到数字世界的神奇之处。这本书的内容非常丰富，从最基础的离散时间信号和系统，到复杂的数字滤波器设计，几乎涵盖了数字信号处理的所有核心领域。我之前一直以为数字信号处理就是一些数学公式的堆砌，但这本书完全颠覆了我的认知。它非常注重理论与实践的结合，通过大量的图示和程序代码示例，将抽象的算法变得可视化。例如，在讲解Z变换时，书中不仅给出了严谨的数学推导，还展示了如何利用MATLAB等工具对信号进行频谱分析，直观地展示了Z变换在系统分析中的应用。书中对数字滤波器设计的讲解更是令人称道，从FIR滤波器到IIR滤波器，作者都详细介绍了各种设计方法，并分析了它们的优缺点。我尤其欣赏它在讲解窗函数法时，对不同窗函数的频率响应特性进行了详细的对比分析，让我能够根据实际需求选择最合适的窗函数。这本书对于我这种希望从理论走向实际应用的学习者来说，无疑是一本宝贵的资源。

评分☆☆☆☆☆

《信号与系统》这本教材的编排真是太人性化了！我过去学习信号与系统时，经常会遇到一些概念上的障碍，尤其是在傅里叶变换和拉普拉斯变换的部分，总感觉理解得不够透彻。这本书在这方面做得非常到位，它不仅详细介绍了各种信号的表示方法，如连续时间信号、离散时间信号，还深入浅出地讲解了卷积、相关等基本运算。最让我印象深刻的是，作者在讲解傅里叶级数和傅里叶变换时，非常注重数学概念的物理意义和几何直观性。书中通过对周期信号和非周期信号的频谱分析，清晰地展示了频率域与时域之间的转换关系，让我理解了为什么傅里叶变换是分析信号频谱的强大工具。此外，它对各种系统性质的阐述也十分到位，例如线性、时不变、因果性和稳定性，并用大量的实例来佐证这些性质。书中的习题设计也很有梯度，从基础概念的巩固到复杂问题的分析，都涵盖了，做完之后感觉对整个知识体系都有了更深入的掌握。我特别喜欢它在每章末尾总结的“要点回顾”部分，能够帮助我快速梳理本章的核心内容。

评分☆☆☆☆☆

这本《现代控制理论导论》真是让人耳目一新！我一直对系统辨识和状态空间分析的理论基础感到好奇，但市面上很多书籍要么过于理论化，要么过于工程化，很难找到一个恰到好处的切入点。这本书在这方面做得非常出色。它从最基础的概念讲起，比如线性定常系统的定义、传递函数和时域响应，然后循序渐进地引入了状态空间描述，这是理解现代控制理论的基石。我特别喜欢它对状态向量的直观解释，不再是抽象的数学符号，而是真正能理解为系统内部的“记忆”或“状态”。书中通过大量的图示和具体算例，将抽象的数学模型变得生动形象。例如，在讲解可控性和可观性时，作者并没有直接抛出判断准则，而是通过一个简单的机械系统，一步步分析为什么需要这些概念，以及它们在实际应用中的意义。这种“由表及里”的讲解方式，让我对这些核心概念有了深刻的理解，不再是死记硬背公式。而且，书中的数学推导清晰严谨，逻辑性很强，每一步都给出了详细的说明，即使我对某些高等数学概念不太熟悉，也能跟着作者的思路理解下去。对于我这种刚入门的读者来说，这简直是学习现代控制理论的“圣经”。

评分☆☆☆☆☆

《最优控制理论》这本著作，犹如一扇通往精妙数学世界的大门。我一直对如何让系统达到最优性能这个问题充满好奇，而这本书则系统地解答了我所有的疑问。它从最基础的最优控制问题定义出发，逐步深入到贝尔曼最优性原理、动态规划等核心概念。我特别欣赏作者在讲解这些抽象概念时，善于运用实际的工程问题作为引子，例如如何让飞行器以最少的燃料到达目标，如何让机器人手臂以最短的时间完成任务。这些生动的例子，不仅让我更容易理解理论的内涵，也激发了我进一步探索的兴趣。书中对庞特里亚金最大值原理的阐述也十分清晰，虽然涉及到一些复杂的数学推导，但作者的逻辑性非常强，每一步都循循善诱，让我能够逐步理解其精髓。而且，书中还提供了大量的例题，并且对每道例题都进行了详细的解答，这对于自学来说是极大的便利。这本书不仅仅是理论的讲解，更是一种解决问题的思维方式的引导，让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

《系统辨识》这本专著，以一种非常严谨且深入浅出的方式，为我揭示了如何从观测到的数据中“认识”一个未知系统。我过去一直认为，系统辨识是一个非常神秘且高深的领域，但这本书的出现，彻底改变了我的看法。作者从最基本的模型结构选择开始，详细介绍了各种辨识方法的原理和适用范围，例如最小二乘法、最大似然法、子空间辨识法等。我特别喜欢书中对这些方法背后数学原理的深入剖析，以及它们是如何从数据中估计系统参数的。书中通过大量仿真例子，清晰地展示了不同辨识方法在不同噪声环境下的性能表现，这对于我理解方法的局限性和选择合适的辨识策略非常有帮助。此外，这本书还非常注重辨识模型的评估和验证，介绍了如何利用残差分析、信息准则等方法来评价模型的优劣，这使得辨识过程更加科学和可靠。读完这本书，我感觉自己已经掌握了一套系统辨识的完整框架，并且能够自信地将其应用于实际问题中。