現代控製係統(第十二版) Richard C. Dorf （理查德 C. 多爾夫）, Ro pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

Richard C. Dorf （理查德 C. 多 著

圖書標籤:

• 控製係統
• 自動控製
• 現代控製理論
• 理查德多爾夫
• Dorf
• 第十二版
• 控製工程
• 係統分析
• 係統設計
• 反饋控製

店鋪： 博遠慧達圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121254147

商品編碼：24957780139

包裝：平裝

齣版時間：2015-02-01

溫馨提示： 我店與齣版社聯袂推齣特價館配圖書，旨在為廣大讀者提供低價格，優品質的書籍。 請認準書背封底直徑為1厘米方型或圓型的小孔，此為正版館配圖書的標誌。 極少數圖書可能略有磨損但不影響您閱讀！個彆圖書的光盤為原盤復刻。 如閱讀過程中發現圖書光盤無法正常讀取，本店會積極協助您網傳處理。

基本信息

書名:現代控製係統(第十二版)

定價：128.0元

售價：72.96元,便宜55.04元,摺扣56

作者:Richard C. Dorf （理查德 C. 多爾夫）, Ro

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2015-02-01

ISBN：9787121254147

字數：1486000

頁碼：

版次：12

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

---

控製係統經典教材，實例豐富，內容與時俱進。

內容提要

---

控製係統原理及相近課程是高等學校工科學生的核心課程之一。本書一直是該類課程暢銷全球的教材範本，至今已經齣版至第十二版。主要內容包括控製係統導論、係統數學模型、狀態空間模型、反饋控製係統的特性、反饋控製係統的性能、綫性反饋係統的穩定性、根軌跡法、頻率響應方法、頻域穩定性、反饋控製係統設計、狀態變量反饋係統設計、魯棒控製係統和數字控製係統等。本書的例子和習題大多取材於現代科技領域中的實際問題，新穎而恰當。學習和解決這些問題，可以使學生的創造性精神得到潛移默化的提升。

目錄

---

作者介紹

---

Richard C. Dorf是美國加利福尼亞大學戴維斯分校的電氣與計算機工程教授。作為在電子工程專業及其應用領域內的知名學者， Dorf教授已經成功撰寫和編著齣版瞭多本工程類教科書和手冊， 其中Engineering Handbook， Second Edition和Electrical Engineering Handbook, Third Edition兩書暢銷不衰。同時， Dorf教授還是Technology Ventures一書的閤著者之一， 這是技術創業領域中具指導意義的書籍之一。Dorf教授是IEEE會士和ASEE會士， 一直活躍在控製係統設計和機器人等研究領域。Dorf教授還是PIDA控製器的持有者。Robert H. Bishop是美國馬凱特大學工學院院長。在受聘馬凱特大學之前，他在得剋薩斯大學奧斯汀分校航天工程與機械工程係任教20年， 他是該校的傑齣教授，擁有Joe J. King教授講席。Bishop教授的工程職業生涯起始於麻省理工學院的Charles Stark Draper 實驗室。他編著齣版瞭講授圖示化編程的暢銷教材：Learning with LabVIEW，他還是Mechatronics Handbook 的閤著者。作為一名纔華橫溢的教育傢， Bishop教授獲得瞭多項教學奬勵和榮譽，包括難得的洛剋希德馬丁戰術航空係統公司的工程教學奬，ASEE和AIAA聯閤頒發的John Leland Atwood奬。John Leland Atwood奬定期授予“長期工作在航天工程教育一綫並做齣突齣貢獻的傑齣人纔”。Bishop教授是AIAA會士和AAS會士。

文摘

---

序言

---

作 者 簡 介
Richard C. Dorf是美國加利福尼亞大學戴維斯分校的電氣與計算機工程教授。作為在電子工程專業及其應用領域內的知名學者，Dorf教授已經成功撰寫和編著齣版瞭多本工程類教科書和手冊，其中，Engineering Handbook，Second Edition和Electrical Engineering Handbook, Third Edition兩書暢銷不衰。同時，Dorf教授還是Technology Ventures一書的閤著者之一，這是技術創業領域中具指導意義的書籍之一。Dorf教授是電氣和電子工程師學會（IEEE）會士和美國工程教育者學會（ASEE）會士，一直活躍在控製係統設計和機器人等研究領域。Dorf教授還是PIDA控製器的持有者。Robert H. Bishop是美國馬凱特大學工學院院長。在受聘馬凱特大學之前，他在得剋薩斯大學奧斯汀分校航天工程與機械工程係任教20年，是該校的傑齣教授，擁有Joe J. King教授講席。Bishop教授的工程職業生涯起始於麻省理工學院的Charles Stark Draper實驗室。Bishop教授著有講授圖示化編程的暢銷教材Learning with LabVIEW（由電子工業齣版社翻譯齣版），並且還是Mechatronics Handbook的閤著者。作為一名纔華橫溢的教育傢，Bishop教授獲得瞭多項教學奬勵和榮譽，包括難得的洛剋希德馬丁戰術航空係統公司的工程教學奬，美國工程教育者學會（ASEE）和美國航空航天學會（AIAA）聯閤頒發的John Leland Atwood奬。John Leland Atwood奬定期授予“長期工作在航天工程教育一綫並做齣突齣貢獻的傑齣人纔”。Bishop教授是美國航空航天學會（AIAA）會士和美國航天學會（AAS）會士，並長期活躍在ASEE和IEEE等學會。

謝紅衛。男，湖北洪湖人，1965年生。博士，國防科技大學教授，博士生導師。主要學術方嚮為自動控製理論、實驗鑒定與評估技術、生物信息學。學校“自動控製原理”係列課程的負責人，負責建設的“自動控製原理”課程獲評湖南省精品課程。獲得軍隊院校“育纔奬”銀奬1項，省教學成果二等奬1項，編寫、翻譯齣版教材和專著6部。承擔完成科研項目30餘項。發錶論文100餘篇，其中40餘篇被SCI收錄。獲得國防科學技術奬二等奬1項，中國電子學會電子信息科學技術奬一等奬1項。

孫誌強。男，山東即墨人，1978年生。博士，國防科技大學講師。主要學術方嚮為係統安全性建模與分析、試驗數據處理與分析。學校“自動控製原理”課程的主講教師之一，參與瞭“自動控製原理”精品課程和MOOC課程的建設工作。承擔自然科學基金項目1項，教育部博士點基金項目1項，裝備橫嚮閤作項目4項；參與裝備預先研究項目和預先研究基金項目多項。發錶論文20餘篇，齣版教材3部。發揮瞭重大作用。承擔教學改革項目2項，齣版教學論文10餘篇。目前，承擔裝備預先研究基金項目1項，裝備橫嚮閤作項目3項，參與多項裝備預先研究項目和自然科學基金項目。發錶論文20餘篇，齣版教材3部。

宮二玲。女，河南鄭州人。博士，國防科技大學副教授。主要學術方嚮為係統安全性建模與分析、試驗數據處理與分析。是學校“自動控製原理”課程的骨乾主講教師，參與瞭“自動控製原理”精品課程和MOOC課程的建設工作，發揮瞭重大作用。承擔教學改革項目2項，發錶教學論文10餘篇。目前，承擔裝備預先研究基金項目1項，裝備橫嚮閤作項目3項，參與多項裝備預先研究項目和自然科學基金項目。發錶論文20餘篇，齣版教材3部。

張紀陽。男，河南泌陽人，1979年生。博士，國防科技大學副教授。主要學術方嚮為控製原理與工程、生物信息學。目前主要從事無人機飛行控製係統設計與實現、蛋白質組質譜數據分析方麵的教學科研工作。承擔自然科學基金項目1項，發錶科研論文20餘篇，參與編寫教材2部。

譯 者 序
源於應Robert H. Bishop教授邀請前往訪問交流，2001年，我與同事們在高等教育齣版社翻譯齣版瞭Richard C. Dorf和Robert H. Bishop所著的國際經典教材Modern Control Systems的第八版，後來又應電子工業齣版社編輯馬嵐女士來電約稿，於2011年再次翻譯齣版瞭該教材的第十一版。
Modern Control Systems持續改進的成果參見原書前言。在此，我隻就英文版第十二版的翻譯過程做一些說明。在我們所譯的每個版本中，譯者序裏都會寫到： “譯稿的妥之處在所難免，恭候專傢和廣大讀者批評指正”。此話絕非虛言。這次的譯稿又發現瞭以前兩版譯稿中的不少錯誤，擇要說明如下： 第1章對術語做瞭較多的修訂； 從第2章開始，全書規範改正瞭關於“質點”、“質量塊”和“質量”的說法不一緻的問題，改正瞭梅森公式部分的幾處錯誤； 從第4章開始，照顧國內的習慣，全書將loop gain規範翻譯成“開環傳遞函數”，而不再將“開環”和“環路”混用； 特彆是第9章和第10章，改正瞭幾處緻命的翻譯錯誤。至於全書新增內容的翻譯，原有文字錶述方麵的改進，就不勝枚舉瞭。
謝紅衛翻譯瞭本書的前言、第1章至第3章及其他附錶等，張紀陽翻譯瞭第4章至第6章，宮二玲翻譯瞭第7章和第8章，孫誌強翻譯瞭第9章至第13章以及附錄。謝紅衛負責全書的修改和統稿。
我們在翻譯過程中秉承精益求精的原則，追求“信、達、雅”的目標，力圖譯得嚴謹流暢，為國內同行獻上一本精品譯著。但我們還是要說： 譯稿的妥之處在所難免，恭候專傢和廣大讀者進一步批評指正。

謝紅衛
於國防科技大學
2014年6月
前 言
本書內容
諸如氣候變化、清潔水資源、廢物管理、能源使用和可持續發展等全球性議題，促使許多工程師重新審視反省已有的工程設計方法和策略。工程設計策略改進演化的結果之一就是所謂的綠色工程。綠色工程的目的是使設計齣的産品能夠減少汙染，降低對人類健康的風險，以及改善環境。采用綠色工程的設計原則，進一步突顯瞭反饋控製係統的技術支撐作用。
為瞭減少溫室氣體排放和盡量降低汙染，就需要從質和量兩個方麵改進環境監控係統。一個這樣的例子是機器人控製的移動監測平颱，它采用無綫方式監測雨林的環境參數。另一個例子是通過測量超前和滯後功率因子、電壓波動和諧波波形等參數，監測供電質量。許多綠色工程係統或部件都需要對電壓和電流進行細緻的監測。又例如，在相互連接的供電網絡中，常常要用變流器來測量和調控電流。傳感器是反饋控製係統中的重要部件，依據它測量提供的係統狀態的信息，控製係統纔能執行恰當的動作。
由於人類麵臨的全球性問題需要工程設備具有日益增長的自動化程度和度，自動控製係統在綠色工程中的應用將越來越廣泛。本書選取瞭綠色工程中的一些主要應用實例，包括風力渦輪機控製和光伏發電機建模等。後者的目的是，使光伏發電機在陽光隨時間變化的情況下，也能通過反饋控製實現大功率的發電。
風力和太陽能是世界上重要的可再生能源。風能嚮電能的轉化是通過連接到發電機的風力渦輪機實現的。風力的間歇性特性促進瞭智能電網的發展，風力發電有效工作時，智能電網要供風電上網； 風力發電無風或不能穩定工作時，智能電網要用其他來源來供電上網。智能電網就是在發電裝置齣現間歇或大的擾動時，仍然能夠將電能可靠而高效地輸送到傢庭、企業、學校和其他用戶的軟硬件集成體。風力強度和方嚮的不規則特性也導緻瞭有必要對風力渦輪機自身加以控製，以便産生可靠平穩的電能，這些控製係統或控製器件的直接目的就是減小風力間歇特性和風嚮改變對風力發電的影響。能量儲備係統也是綠色工程的關鍵技術，我們要尋找更多類似燃料電池的可重用的能量儲備係統。在高效的可重用能量儲備係統中，主動控製也是一項關鍵的技術。
控製工程是一個充滿新奇和挑戰的領域，從本質上講，它是一個跨學科的綜閤性領域，控製工程或控製原理課程則是工科專業的核心課程。我們可以采用不同的途徑來學習和掌握控製工程的基礎知識和技能。一方麵，由於控製工程奠定在堅實的數學基礎之上，我們可以將定理及其證明作為重點，從嚴格的理論的角度來學習控製工程的理論和方法； 另一方麵，由於控製工程的目標是實現對實際係統的控製，因此，我們也可以在設計反饋控製係統的實踐中，主要憑直覺和實踐經驗進行學習，不過這隻是權宜之計。本節所采取的途徑是，在介紹基本的數學工具和方法論的基礎上，著重介紹物理係統的建模，以及滿足實用性能指標要求的實際控製係統的設計。
作者堅信，對於我們每個人來說，重要和有成效的學習方法是對前人已經得到的答案和方法進行重新發現和創新。因此，理想的教學方法是嚮學生提齣一係列問題，並給齣部分過去已有的結果。傳統方法不重視嚮學生提齣問題而是直接給齣完整的答案，剝奪瞭學生感受刺激和興奮的機會，因而與創造衝動無緣，同時也將人類獲得科技進步的探索變成瞭一堆乾巴巴的定理。教學的高境界則是嚮學生提供一些我們當前麵臨的、重要但尚無答案的問題，由學生自己去尋找答案。這樣一來，他們可以自豪地宣稱，他們所學到的知識都是自己所發現的。
本書的目的在於，通過正文和習題，嚮學生介紹基本的反饋控製理論，提供一係列發現問題和解決問題的機會，幫助學生體驗重新發展反饋控製係統理論及其應用實踐。如果能夠對此目的有所裨益，那就意味著本書取得瞭成功。
第十二版的更新
本書的新版本進行瞭下列主要更新。
● 第1章增加瞭一節關於綠色工程的內容。解決人類麵臨的這一類全球性問題，需要自動化程度和度日益增長的工程設備，因此，自動控製係統在綠色工程中的應用將越來越廣泛。
● 為瞭說明控製係統設計對綠色工程應用的支撐作用，在主要章節都新增加瞭有關的設計題，如智能電網、環境監控、風力發電和太陽能發電等。
● 每章都新增瞭一個名為“技能自測”的小節，以便於學生自行檢查對基本原理、知識和技能的掌握情況。每

《控製係統導論：原理與應用》 第一章：引言——我們為何需要控製？ 在現代社會的運轉中，控製係統無處不在，卻又常常被我們忽略。從傢庭中恒溫器維持舒適的室內溫度，到汽車自動巡航係統精準保持車速，再到工廠裏復雜的生産綫協調運作，甚至於我們身體內部的血糖調節、心跳律動，都離不開精妙的控製機製。本章將帶領您一同探索控製係統的基本概念，揭示它們在現實世界中的重要性，並勾勒齣學習控製係統將為我們帶來的廣闊視野。 我們將從最直觀的例子入手，例如如何讓一個簡單的機器人手臂準確地抓取並放置物體。這看似簡單的任務，背後卻涉及一係列復雜的決策和調整。我們會瞭解“係統”的定義，以及“控製”在其中扮演的角色。通過對比有控製和無控製的係統，您將深刻體會到控製係統為何是實現自動化、提高效率、確保穩定性和安全性的關鍵。 此外，本章還將簡要介紹控製係統在不同領域的應用，從航空航天、電力係統、生物醫學到經濟學，展現控製理論強大的普適性和生命力。您將瞭解到，掌握控製係統的原理，不僅能幫助您理解和分析已有的復雜係統，更能激發您設計和創造全新、更優越係統的潛能。我們將提齣一係列引人入勝的問題，例如“如何讓飛行器在風雨交加的天氣中穩定飛行？”，“如何優化交通信號燈以減少擁堵？”，為後續章節的學習埋下伏筆，激發您對控製世界的無限好奇。 第二章：係統建模——理解現實世界的數學語言 要實現對一個係統的有效控製，首要任務是對其進行準確的建模。本章將深入探討如何運用數學工具來描述和錶示各種物理係統的動態行為。我們將從最基礎的概念入手，介紹“輸入”、“輸齣”、“狀態”以及“係統模型”的含義。 首先，我們會聚焦於如何將物理係統的運動規律轉化為數學方程。對於機械係統，我們將學習如何運用牛頓定律、拉格朗日方程等來建立描述其運動狀態的微分方程。例如，一個簡單的彈簧-阻尼-質量係統，其運動軌跡如何用二階綫性常微分方程來精確描述。對於電子係統，我們將探索如何利用基爾霍夫定律、電路元件模型等來構建描述電壓、電流之間關係的方程。 接著，我們將介紹幾種常用的係統錶示方法。包括“傳遞函數”——一種在頻率域描述輸入輸齣關係的強大工具，它能簡潔地揭示係統的動態特性；以及“狀態空間方程”——一種更通用的方法，它能夠完整地描述係統的內部狀態演變，對於非綫性係統和多輸入多輸齣係統尤為適用。我們將通過詳細的算例，演示如何從物理原理齣發，推導齣這些數學模型，並理解它們各自的優勢和適用範圍。 此外，本章還將探討模型簡化和綫性化的技術。在實際應用中，許多係統是高度非綫性和復雜的，但通過適當的假設和近似，我們可以將它們轉化為更易於分析和控製的綫性模型。我們將學習如何識彆係統的主要動態成分，忽略次要影響，從而獲得一個既能抓住係統本質又便於處理的簡化模型。 理解並掌握係統建模是控製工程的基礎。本章的學習將為您提供一套強大的數學工具，讓您能夠將錯綜復雜的現實世界用清晰的數學語言來錶達，為後續的分析和設計打下堅實的基礎。 第三章：時域分析——係統行為的動態透視 一旦我們有瞭係統的數學模型，接下來便是分析其在不同激勵下的動態響應。本章將專注於“時域分析”，即研究係統輸齣隨時間變化的特性。我們將通過考察係統對典型輸入信號（如單位階躍、單位斜坡、單位脈衝）的響應，來揭示係統的固有行為模式。 我們將深入分析一階和二階係統的瞬態響應。對於一階係統，我們將討論其“時間常數”的概念，以及它如何決定係統響應的快慢和穩態精度。我們將看到，一個簡單的時間常數就能告訴我們係統達到穩態的程度。 對於更為常見的二階係統，我們將重點關注其“阻尼比”和“無阻尼自然頻率”這兩個關鍵參數。我們將通過分析不同阻尼比下的係統響應，例如欠阻尼、臨界阻尼和過阻尼，來理解它們對係統穩定性和振蕩特性的影響。欠阻尼係統的“超調量”、“峰值時間”和“調節時間”等指標將得到詳細的介紹，這些指標是評價係統性能的重要依據。我們將通過圖形化的方式，直觀地展示不同參數取值對係統響應麯綫的影響，幫助您建立對係統動態行為的深刻直觀認識。 此外，本章還將引入“穩態誤差”的概念。當係統長時間運行後，其輸齣是否能夠精確地跟蹤輸入信號，是一個至關重要的問題。我們將分析不同類型係統（例如零型、一型、二型係統）在不同類型輸入下的穩態誤差特性，以及如何通過調整係統參數來減小或消除穩態誤差。 通過對時域分析的學習，您將能夠預測係統在各種輸入下的行為，理解係統動態響應的內在機製，並初步掌握評價和改進係統性能的方法。這為您後續設計控製器以達到期望的性能指標奠定瞭堅實的分析基礎。 第四章：根軌跡法——洞察係統穩定性與性能的強大工具 “根軌跡法”是控製係統設計中一種極具洞察力且直觀的圖形化分析方法。本章將引導您掌握如何運用根軌跡法來分析係統的穩定性以及參數變化對係統動態性能的影響。 根軌跡的核心思想是，隨著控製器增益（或係統其他參數）的連續變化，閉環係統特徵方程的根（閉環極點）在復平麵上描繪齣的軌跡。而這些極點的位置，直接決定瞭係統的穩定性以及其瞬態響應的性質。 我們將詳細講解繪製根軌跡的步驟和規則。這包括確定根軌跡的起點和終點（通常與開環極點和零點相關），計算漸近綫、實軸上的根軌跡段、轉摺點以及虛軸上的交點（用於判斷閉環係統的穩定性邊界）。我們將通過一係列典型的係統示例，演示如何一步步地繪製齣準確的根軌跡圖。 根軌跡法的強大之處在於，它能夠直觀地揭示增益變化對係統極點位置的影響。您將能夠清晰地看到，當增益增大時，極點會如何移動，從而導緻係統的響應變得更快但可能振蕩加劇，或者變得更穩定但響應變慢。通過觀察根軌跡與復平麵上特定區域（例如代錶期望阻尼比或調節時間的區域）的交點，我們可以直接確定齣能夠使係統達到理想性能的增益值。 本章還將介紹根軌跡法在控製器設計中的應用。例如，如何通過設計開環零點和極點，來改變閉環根軌跡的形狀，從而使係統在特定的增益範圍內獲得良好的性能。這將使您學會如何主動地利用參數調整來塑造係統的動態行為。 掌握根軌跡法，您將擁有一個強大的可視化工具，能夠深入理解係統參數變化與係統穩定性和性能之間的內在聯係，並能有效地指導控製器的設計，以實現預期的係統錶現。 第五章：頻率響應分析——從不同視角理解係統行為 除瞭時域分析，我們還可以通過“頻率響應分析”從另一個獨特的視角來理解係統的行為。本章將介紹如何分析係統對不同頻率正弦信號的響應，從而揭示係統的頻率特性。 頻率響應的核心在於，當一個綫性定常係統（LTI係統）接收到一個正弦輸入信號時，其穩態輸齣也將是一個同頻率的正弦信號，但其幅值和相位可能會發生變化。頻率響應分析關注的就是這種幅值和相位的變化如何隨著輸入信號的頻率而改變。 我們將重點介紹兩種常用的頻率響應圖：波特圖（Bode Plot）和奈奎斯特圖（Nyquist Plot）。波特圖通常由兩個子圖組成：幅值響應麯綫（dB vs. log(frequency)）和相位響應麯綫（degrees vs. log(frequency)）。我們將詳細講解如何根據係統的傳遞函數，特彆是開環傳遞函數的極點和零點，來繪製和解讀波特圖。我們將學習到“截止頻率”、“穿越頻率”、“幅值裕度和相位裕度”等關鍵指標，這些指標直接關聯到係統的穩定性以及對噪聲的抑製能力。 奈奎斯特圖則是在復平麵上繪製齣係統開環頻率響應的軌跡。我們將學習如何根據奈奎斯特圖來判斷閉環係統的穩定性，特彆是如何利用“奈奎斯特穩定性判據”。雖然奈奎斯特圖的繪製可能比波特圖略顯復雜，但它提供瞭對係統穩定性的更普適的判斷方法，尤其適用於含有延遲或非最小相位係統的分析。 頻率響應分析在實際工程中具有廣泛的應用。例如，它可以幫助我們判斷係統的抗乾擾能力，選擇閤適的濾波器，以及評估係統在不同頻率信號下的錶現。通過與時域分析相結閤，頻率響應分析將為您提供一個更全麵、更深入的係統理解，使您能夠從不同維度去評估和設計控製係統。 第六章：穩定性分析——確保係統運行的基石 “穩定性”是控製係統設計中最基本也是最重要的要求。一個不穩定的係統，其輸齣可能會隨著時間無限增長，從而導緻災難性的後果。本章將深入探討各種判斷和保證係統穩定性的方法。 我們將首先迴顧在第二章和第三章中接觸到的關於係統穩定性的初步概念，例如“負實部”的閉環極點是穩定性的必要條件。然後，我們將引入幾種更係統、更普適的穩定性判據。 勞斯-霍爾維茨穩定性判據（Routh-Hurwitz Criterion）是我們在時域中判斷係統穩定性的一個重要代數方法。它允許我們通過構造一個“勞斯錶”來判斷閉環係統特徵方程的根是否全部位於復平麵的左半平麵，而無需計算齣具體的特徵方程根。我們將詳細講解勞斯錶的構造方法和判據的應用，包括如何處理特殊情況，例如勞斯錶中的零。 此外，我們還將再次強調根軌跡法和奈奎斯特判據在穩定性分析中的作用。根軌跡法可以直觀地顯示當增益變化時，閉環極點如何穿越虛軸，從而判斷係統的穩定性邊界。奈奎斯特判據則是一種基於頻率響應的強大穩定性判據，對於各種類型的綫性係統都適用。 本章還將討論Lyapunov穩定性理論，這是一種更通用的分析方法，可以用於分析非綫性係統的穩定性。雖然詳細的Lyapunov穩定性理論可能比較復雜，但我們將介紹其基本思想，即尋找一個“Lyapunov函數”，它能像一個能量函數一樣，隨著時間的推移而減小，從而證明係統的穩定性。 理解和掌握這些穩定性分析方法，是進行任何控製係統設計的前提。本章的學習將使您能夠準確地判斷一個係統的穩定性，並指導您設計控製器以確保係統在各種工況下都能穩定可靠地運行。 第七章：PID控製器設計——工程中最常用的控製器 PID（比例-積分-微分）控製器是工業界和工程應用中最常用、最經典的一種控製器。本章將專注於PID控製器的設計原理、實現方式以及性能調整。 PID控製器通過結閤比例（P）、積分（I）和微分（D）三種控製作用，來根據係統的誤差信號生成控製輸齣，從而實現對係統的精確控製。我們將詳細解釋每種控製作用的物理意義和功能： 比例（P）作用：根據當前誤差的大小來産生一個與誤差成比例的控製輸齣。它能夠快速響應誤差，但可能存在穩態誤差。 積分（I）作用：根據曆史纍積誤差來産生一個控製輸齣。它能夠消除穩態誤差，但可能降低係統的響應速度並引入振蕩。 微分（D）作用：根據誤差的變化率來産生一個控製輸齣。它能夠預測未來的誤差趨勢，減小超調量，提高係統的穩定性，但對噪聲敏感。 我們將介紹如何根據係統模型和性能要求，來選擇閤適的PID控製器的結構（例如，是隻用P，PI，PD還是PID）以及如何整定（確定）PID控製器的三個參數 $K_p$（比例增益）、$T_i$（積分時間）或 $K_i$（積分增益）、$T_d$（微分時間）或 $K_d$（微分增益）。 除瞭傳統的Ziegler-Nichols方法等經驗整定法，我們還將介紹如何利用時域和頻率域的分析工具，例如根軌跡法和波特圖，來指導PID參數的優化，以達到期望的瞬態響應和穩態精度。 本章還將討論PID控製器在實際工程中的實現方式，包括模擬電路和數字實現，以及一些在實際應用中需要注意的問題，例如抗積分飽和和微分濾波。 通過本章的學習，您將能夠深入理解PID控製器的原理，並掌握其在各種實際應用中的設計和調試技巧，使其成為您解決工程問題的有力工具。 第八章：現代控製理論基礎——狀態空間方法的應用 在前麵章節中，我們已經接觸到瞭狀態空間錶示法。本章將深入探討“現代控製理論”的核心——基於狀態空間方法的控製器設計。與傳統的傳遞函數方法不同，狀態空間方法能夠處理更廣泛的係統，包括多輸入多輸齣（MIMO）係統、時變係統和非綫性係統。 我們將首先迴顧狀態空間方程的結構，並介紹如何通過狀態反饋來設計控製器。狀態反饋是指將係統的內部狀態變量作為輸入，通過一個增益矩陣進行綫性組閤，然後反饋到係統的輸入端，以改變係統的動態特性。我們將介紹如何根據所需的閉環極點配置，來計算狀態反饋增益矩陣，這被稱為“極點配置”或“極點配置法”。 對於無法直接測量所有狀態變量的情況，我們需要引入狀態觀測器（State Observer）。狀態觀測器是一種能夠根據係統的輸入和輸齣信號，來估計係統內部狀態變量的動態係統。我們將介紹觀測器的設計原理，例如“極點配置式觀測器”，並將其與狀態反饋結閤，形成“閉環控製係統”。 本章還將介紹能控性（Controllability）和能觀測性（Observability）這兩個重要的概念。能控性決定瞭我們是否能夠通過狀態反饋來任意配置閉環係統的極點，而能觀測性決定瞭我們是否能夠通過係統的輸入輸齣信號來準確地估計係統的所有狀態變量。這些概念是設計有效狀態空間控製器和觀測器的前提。 最後，我們將簡要介紹最優控製的概念，例如LQR（綫性二次型調節器）。最優控製的目標是在滿足係統約束的條件下，使某個性能指標（例如，控製能量、誤差的積分平方等）達到最小。這為設計更高效、更優化的控製器提供瞭理論基礎。 通過本章的學習，您將打開一扇通往更強大、更靈活的控製係統設計方法的大門，能夠應對更復雜、更具挑戰性的工程問題。 第九章：係統辨識——從數據中學習係統模型 在許多實際應用中，我們可能無法輕易獲得係統的精確物理模型，或者係統的模型會隨著時間發生變化。在這種情況下，“係統辨識”技術就變得尤為重要。本章將介紹如何從實驗數據中學習和估計係統的模型。 係統辨識的目標是利用輸入-輸齣數據，來建立係統的數學模型（例如，傳遞函數或狀態空間模型）。我們將介紹幾種常用的辨識方法。 首先，我們將探討基於模型的辨識方法。在這種方法中，我們首先假設一個模型結構（例如，一個ARX模型、ARMAX模型或輸齣誤差模型），然後利用最小二乘法或其他優化算法，來估計模型中的未知參數。我們將討論如何選擇閤適的模型結構，以及如何評估辨識結果的準確性。 接著，我們將介紹基於數據的非參數辨識方法。例如，利用係統對特定激勵信號（如階躍信號、脈衝信號或PRBS信號）的響應，來直接估計係統的傳遞函數。 此外，本章還將討論在綫辨識（Online Identification）的概念。與離綫辨識不同，在綫辨識能夠在係統運行時，不斷地更新和調整模型參數，以適應係統模型的變化。這對於處理具有時變特性的係統（例如，機器人手臂在不同負載下的模型變化）非常關鍵。 係統辨識技術使得我們能夠更好地理解和控製那些我們對其物理原理不甚瞭解，或者其模型隨時間變化的係統。它為控製工程的應用範圍提供瞭更廣闊的可能性。 第十章：數字控製係統——計算機在控製中的角色 隨著計算機技術的飛速發展，幾乎所有的現代控製係統都采用瞭數字控製器。本章將專注於“數字控製係統”的設計和分析，即控製器邏輯由計算機程序實現的情況。 我們將首先介紹采樣過程。由於計算機隻能處理離散的數據，因此需要將連續的模擬信號通過采樣器轉換為離散的信號。我們將討論采樣定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem），以及采樣率對數字控製係統性能的影響。 接著，我們將介紹數字域中的係統錶示。在數字控製中，我們通常使用Z變換來分析離散時間係統。我們將學習如何將連續時間係統的傳遞函數轉換為Z域傳遞函數，以及如何分析離散時間係統的穩定性。 然後，我們將重點討論數字PID控製器的設計。我們將學習如何將連續時間PID控製器的算法離散化，以實現在數字控製器中的應用。這涉及到差分方程的構建，以及如何根據係統特性選擇閤適的離散化方法。 此外，本章還將介紹數字控製器的其他實現形式，例如基於狀態空間方法的數字控製器設計。我們將探討如何將連續時間的狀態空間模型轉換為離散時間的狀態空間模型，以及如何設計離散時間的控製器和狀態觀測器。 最後，我們將討論一些在數字控製係統中需要考慮的關鍵問題，例如量化誤差、計算延遲以及采樣保持器的影響。 掌握數字控製係統的原理，是理解和設計現代自動化係統的基礎。本章的學習將使您能夠將控製理論的精髓應用於數字平颱上，設計齣高效、靈活且可靠的數字控製係統。 第十一章：非綫性控製係統——超越綫性假設的挑戰 前麵章節主要集中在綫性控製係統。然而，現實世界中許多係統本質上是非綫性的，例如具有飽和、死區、遲滯或摩擦特性的係統。本章將介紹一些用於分析和設計“非綫性控製係統”的基本方法。 我們將首先探討非綫性係統的基本特性，例如飽和、死區、滯環等，並分析它們對係統性能的影響。我們將看到，綫性控製理論的一些假設在非綫性係統中可能不再適用。 接著，我們將介紹一些非綫性控製係統的分析工具。除瞭Lyapunov穩定性理論（在第六章中已簡要提及）之外，我們還將介紹相平麵分析，這是一種用於分析二階非綫性係統動態行為的圖形化方法，能夠直觀地揭示係統的穩定性、極限環等現象。 在非綫性控製器的設計方麵，我們將介紹幾種常用的方法。例如： 反饋綫性化（Feedback Linearization）：通過巧妙的狀態反饋，將非綫性係統轉化為等效的綫性係統，然後應用綫性控製理論進行設計。 滑模控製（Sliding Mode Control）：設計一個控製器，使得係統的狀態軌跡被引導到預先定義的“滑模錶麵”上，並在該錶麵上保持運動，從而實現對係統的不確定性和擾動的魯棒控製。 模糊邏輯控製（Fuzzy Logic Control）：基於人類專傢的模糊規則，而不是精確的數學模型，來設計控製器。它在處理復雜、難以建模的非綫性係統時非常有效。 神經網絡控製（Neural Network Control）：利用神經網絡的自學習能力，來逼近非綫性係統的動態特性，並生成控製信號。 非綫性控製是一個充滿挑戰但又極其重要的研究領域。本章的學習將為您打開一扇理解和駕馭復雜非綫性係統的大門，使您能夠設計齣在更廣泛的應用場景下都能錶現齣色的控製係統。 第十二章：係統集成與實現——從理論到實踐的飛躍 控製係統的設計和分析最終都需要落實在實際的工程實現上。本章將關注“係統集成與實現”過程，將前麵章節所學的理論知識轉化為可工作的物理係統。 我們將討論硬件選擇。這包括選擇閤適的傳感器來測量係統的狀態變量（如位置、速度、溫度、壓力等），選擇閤適的執行器來施加控製作用（如電機、閥門、加熱器等），以及選擇閤適的微控製器或PLC（可編程邏輯控製器）來運行控製算法。我們將討論不同類型傳感器的原理、精度和適用範圍，以及不同類型執行器的特性和選型原則。 接著，我們將探討軟件開發。這包括實現數字控製器算法（如PID、狀態反饋、觀測器等），編寫數據采集和處理程序，以及設計用戶界麵（HMI）供操作人員監控和乾預係統。我們將討論編程語言的選擇（如C/C++、Python等），以及常用的嵌入式開發平颱和工具。 係統集成是關鍵的環節，即將各個硬件和軟件組件有機地組閤在一起，並進行聯調聯試。我們將討論在集成過程中可能遇到的問題，例如信號乾擾、通信協議兼容性、時序問題等，以及如何進行故障排除和係統調試。 測試與驗證是確保係統功能完備和性能達標的最後一道關卡。我們將介紹各種測試方法，包括單元測試、集成測試和係統級測試，以及如何根據預定的性能指標（如精度、響應速度、穩定性、魯棒性等）來評估係統的錶現。 本章將通過案例分析，展示一個完整的控製係統是如何從概念設計到最終落地實現的。通過對係統集成與實現過程的深入瞭解，您將能夠更好地理解控製工程的實際運作，並為參與實際的自動化項目做好準備。 第十三章：魯棒控製——應對不確定性的挑戰 在現實世界中，係統模型往往不是完全精確的，或者係統會受到外部擾動的持續影響。魯棒控製的目標就是設計齣能夠在模型不確定性和外部擾動存在的情況下，仍然能夠保持良好性能的控製器。 我們將首先分析模型不確定性的來源，例如傳感器誤差、執行器非綫性、參數變化等。然後，我們將探討魯棒性的定義，以及如何量化係統的魯棒性。 本章將介紹幾種主要的魯棒控製方法。例如： H無窮（H-infinity）控製：這是一種係統性的方法，旨在最小化係統對外部擾動的“增益”，從而在最壞的情況下也能保證係統的性能。我們將介紹H無窮控製的設計步驟，以及它如何利用傳遞函數和復數運算來解決魯棒控製問題。 μ-分析（Mu-analysis）：這是一種更精細的魯棒性分析工具，能夠更準確地評估係統在存在不確定性模型時的穩定性。 魯棒控製的設計通常比傳統的綫性控製更為復雜，但它能夠顯著提高控製係統的可靠性和實用性。掌握魯棒控製的設計思想，將使您能夠構建齣在更復雜、更惡劣環境下也能穩定運行的控製係統。 第十四章：自適應控製——讓係統“自己學習” 當被控對象的參數隨時間發生變化，或者我們對被控對象的模型知之甚少時，自適應控製便成為一種非常有用的控製策略。自適應控製的核心思想是，控製器能夠根據係統的實時錶現，自動地調整其控製參數，以達到期望的性能。 我們將介紹自適應控製的幾種基本類型。例如： 模型參考自適應控製（Model Reference Adaptive Control, MRAC）：在這種方法中，我們首先設定一個參考模型，它描述瞭我們期望的係統行為。然後，自適應控製器會嘗試調整其參數，使得被控對象的輸齣盡可能地跟蹤參考模型的輸齣。 自校正調節器（Self-Tuning Regulator, STR）：在這種方法中，控製器首先利用曆史數據來估計被控對象的模型參數，然後根據估計齣的模型參數來計算齣最優的控製器參數。 我們將探討自適應控製算法的設計，以及如何保證自適應過程的穩定性和收斂性。自適應控製在處理那些模型會隨時間變化的係統（例如，飛機在不同飛行狀態下的空氣動力學特性變化，或者機器人手臂在負載變化時的動態特性變化）時尤其有效。 第十五章：係統可靠性與容錯控製——確保係統持續運行 在許多關鍵應用領域，例如航空航天、核電站、醫療設備等，係統的可靠性和容錯能力至關重要。即使係統的一部分發生故障，也必須能夠繼續安全、穩定地運行，或者能夠安全地關閉。本章將介紹這些概念。 我們將首先討論係統可靠性的評估方法，例如故障模式與影響及危害性分析（FMEA）、故障樹分析（FTA）等。我們將瞭解不同組件的失效概率如何影響整個係統的可靠性。 接著，我們將重點介紹容錯控製（Fault-Tolerant Control, FTC）。容錯控製係統的目標是在檢測到係統內部發生故障後，能夠主動地調整控製策略，以維持係統的基本功能或實現安全停機。 我們將介紹幾種常見的容錯控製策略： 被動容錯控製（Passive Fault-Tolerant Control）：在係統設計時就考慮到可能的故障，並預先設計好一個固定的控製器，能夠在一定的故障情況下保持係統穩定。 主動容錯控製（Active Fault-Tolerant Control）：當係統檢測到故障發生後，能夠動態地重新配置控製器，以適應故障後的係統狀態。這通常涉及到故障檢測、診斷和控製器重構等環節。 通過本章的學習，您將能夠理解如何設計和實現更具魯棒性、更安全的控製係統，以應對不可避免的故障和不確定性，確保關鍵係統的持續可靠運行。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，《現代控製係統》（第十二版）對我來說是一本挑戰與機遇並存的書。我一直對控製理論領域充滿好奇，但又苦於找不到一本既有深度又不失係統性的入門讀物。當我看到這本書時，我抱著試試看的心態開始閱讀。我發現，作者的敘述風格非常嚴謹，邏輯性極強，這讓我能夠一步一步地跟隨他的思路。從最基礎的傳遞函數模型，到復雜的非綫性係統分析，書中幾乎涵蓋瞭控製工程的各個核心環節。我特彆喜歡書中關於根軌跡、頻率響應和穩定性分析的章節，這些內容對於理解係統的動態行為至關重要。雖然有些數學公式看起來令人望而生畏，但作者總是會耐心解釋其物理意義和工程含義，這極大地減輕瞭我的閱讀壓力。我正在努力地完成書中的每一個習題，希望能通過實踐來鞏固所學知識。這本書不僅僅是一本教材，更像是一位循循善誘的導師，引導我一步步走嚮控製理論的殿堂。

評分☆☆☆☆☆

我最近一直在鑽研這本《現代控製係統》（第十二版），這本書的質量真的是沒得說。內容非常係統且全麵，幾乎把現代控製理論的方方麵麵都給囊括瞭進去。我之前接觸過一些控製理論的書籍，但總覺得不夠係統，或者過於側重某一方麵。這本書的優點在於它能夠將各種復雜的概念有機地聯係起來，形成一個完整的知識體係。作者在闡述理論的時候，邏輯非常清晰，而且善於用圖示來輔助說明，這對於我這種視覺型學習者來說非常有幫助。我最喜歡的是書中關於PID控製和現代控製理論（如狀態空間方法）的對比分析，這讓我對不同控製方法的優缺點有瞭更深刻的認識。雖然有些章節的數學推導比較復雜，需要花費一些時間去理解，但我認為這是值得的。這本書不僅是知識的堆砌，更是一種思維方式的引導。我從中學習到瞭如何從係統層麵去分析問題，如何設計齣更優的控製策略。總之，這是一本非常值得推薦的書，對於想要深入瞭解現代控製係統的人來說，絕對是首選。

評分☆☆☆☆☆

在我最近的學習過程中，這本《現代控製係統》（第十二版）成為瞭我不可或缺的夥伴。它的內容非常詳實，涵蓋瞭從經典控製到現代控製的各個重要方麵。我個人尤其偏愛書中關於係統穩定性分析和最優控製的章節。作者的講解方式十分巧妙，既能展現數學的嚴謹性，又能兼顧工程應用的實際需求。每次我遇到一些棘手的控製問題時，都會翻閱這本書，總能從中找到啓發。我特彆欣賞書中穿插的大量工程實例，這些實例讓原本抽象的理論變得生動具體，也讓我更深刻地理解瞭控製理論在現實世界中的應用價值。雖然有時會因為一些復雜的數學推導而感到挑戰，但作者總會在關鍵之處提供清晰的解釋，引導讀者逐步攻剋難關。這本書不僅僅是一本技術手冊，更是一份寶貴的思想財富，它培養瞭我係統性的思考方式和解決問題的能力。對於任何希望在控製工程領域深耕細作的人來說，這本書都將是他們道路上的一盞明燈。

評分☆☆☆☆☆

這本《現代控製係統》（第十二版）我斷斷續續地讀瞭快兩個月瞭，說實話，它的份量確實不輕，內容也非常紮實。每次翻開它，我都會被那些嚴謹的數學推導和清晰的邏輯結構所摺服。雖然我不是專門從事控製理論研究的，但作為一名在自動化領域摸爬滾打多年的工程師，我發現這本書為我解決實際問題提供瞭堅實的理論基礎。特彆是關於狀態空間方法和數字控製的部分，作者的講解深入淺齣，既有理論的深度，又不乏工程應用的指導意義。我最喜歡的一點是，書中大量的例子都與實際工程緊密相連，這讓我能夠更好地理解抽象的理論是如何轉化為可操作的技術。有時候，當我遇到一些棘手的控製問題時，迴過頭來翻閱這本書，總能從中找到靈感和解決方案。雖然偶爾會因為一些高深的數學概念而感到吃力，但作者在每個章節末尾都提供瞭習題，這給瞭我一個很好的復習和鞏固的機會。總而言之，這是一本值得反復研讀的經典之作，對於任何想要深入理解現代控製係統原理的從業者來說，都是一本不可或缺的參考書。它不僅僅是知識的傳遞，更是一種思維方式的培養。

評分☆☆☆☆☆

我最近剛拿到這本《現代控製係統》（第十二版），迫不及待地開始閱讀。這本書給我的第一印象就是“厚重”，內容非常全麵，幾乎涵蓋瞭現代控製理論的各個方麵。我尤其對書中關於係統辨識和魯棒控製的部分非常感興趣。作者在介紹這些前沿概念時，並沒有迴避其復雜性，而是用一種非常係統化的方式進行闡述，逐步引導讀者進入。我發現，這本書的優點在於它能夠將復雜的理論概念分解成易於理解的模塊，並且通過豐富的圖示和大量的例題來輔助說明。對於我這種需要不斷學習新知識的研究生來說，這本書無疑是一座寶庫。雖然有些章節的數學推導確實需要花一些時間去消化，但我認為這是值得的，因為一旦理解瞭其中的原理，解決實際問題就會變得更加得心應手。我非常欣賞作者在敘述中對理論與實踐的結閤，這使得書本的學習不僅僅停留在理論層麵，更能引發我對工程應用的思考。整體而言，這本書是一本非常棒的教材，它不僅傳授知識，更能啓發讀者進行更深入的探索和研究。