{RT}自動控製理論實驗：新版--薑增如--北京理工大學齣版社 9787564032043 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

薑增如 著

圖書標籤:

• 自動控製
• 控製理論
• 實驗
• 教材
• 大學教材
• 理工科
• 薑增如
• 北京理工大學齣版社
• 9787564032043
• 控製工程

店鋪： 華裕京通圖書專營店

齣版社： 北京理工大學齣版社

ISBN：9787564032043

商品編碼：29262410765

包裝：平裝

齣版時間：2010-06-01

圖書基本信息
圖書名稱	自動控製理論實驗：新版	作者	薑增如
定價	20.00元	齣版社	北京理工大學齣版社
ISBN	9787564032043	齣版日期	2010-06-01
字數		頁碼
版次	1	裝幀	平裝
開本	16開	商品重量	0.259Kg

內容簡介

本書包含兩大部分，其中部分(、二單元)為軟件設計，第二部分(第三、四單元)為硬件設計。單元介紹MATLAB在自動控製理論中應用的綫性係統分析與設計，主要內容是使用MATLAB工具對控製係統的穩定性、正確性和快速性進行分析計算等。第二單元介紹設計和建模的工具箱等問題。第三單元為數字模擬混閤實驗設計，主要是利用模擬實驗箱的放大器、電阻、電容等分立元件，搭接綫性、非綫性電路等。第四單元為控製理論中自行設計實驗，讓學生在掌握控製理論原理的基礎上，使用時域和頻域的手段設計控製器參數。

作者簡介

目錄

部分 MATLAB在自動控製理論中應用 單元 綫性係統分析與設計 一、傳遞函數描述法 二、自動控製係統結構框圖的模型錶示 三、綫性係統的時域分析 四、綫性係統的頻域分析 五、綫性係統的根軌跡分析 六、狀態空間描述法 七、極點配置 八、優二次型設計 第二單元 MATLAB仿真的使用 一、基本模塊 二、模塊的參數和屬性設置 三、離散係統仿真 四、PID校正的仿真 五、子係統 六、條件執行子係統 七、子係統的封裝 八、用MATLAB命令創建和運行Simulink模型 第二部分 自動控製理論原理實驗 第三單元 原理驗證實驗 實驗一 典型環節的模擬研究 實驗二 二階係統瞬態響應和穩定性 實驗三 三階係統的穩定性和瞬態響應 實驗四 綫性控製係統的頻域分析 實驗五 一階與二階係統的頻率法建模 實驗六 二階開環及閉環係統的頻率特性麯綫 實驗七 綫性係統的校正與狀態反饋 一、頻域法串聯超前校正 二、頻域法串聯滯後校正 實驗八 時域法校正 一、時域法串聯比例微分校正 二、時域法局部比例反饋校正 三、時域法微分反饋校正 實驗九 綫性係統的狀態反饋及極點配置 實驗十 非綫性係統的相平麵分析 一、典型非綫性環節 二、二階非綫性控製係統 三、三階非綫性控製係統 實驗十一 采樣控製係統分析 實驗十二 數字PID控製實驗 第四單元 自行設計實驗 實驗一 PID參數自整定 實驗二 頻率法分析與設計 參考文獻

編輯推薦

文摘

序言

工業革命的基石：自動控製理論實驗的實踐探索 在現代工業文明的滾滾洪流中，自動化和智能化已成為驅動社會進步的核心引擎。從精密製造的生産綫到復雜浩瀚的航天工程，再到我們日常生活中無處不在的智能傢電，這一切的背後，都離不開一個關鍵的科學分支——自動控製理論。而要真正理解並掌握這門深刻而實用的學科，理論學習固然重要，但更不可或缺的，則是通過實踐操作來印證、深化和拓展知識。 本書將引領讀者踏入自動控製理論實驗的精彩世界，通過一係列精心設計的實驗項目，幫助您在動手實踐中，深刻理解自動控製係統的基本原理、關鍵技術以及實際應用。我們將從最基礎的概念齣發，循序漸進地引導您掌握構建、分析和優化控製係統的能力，最終達到能夠獨立解決實際工程問題的水平。 第一部分：初探控製係統——理解係統的“大腦”與“神經” 在正式開始實驗之前，我們需要建立對自動控製係統最直觀的認識。本部分將首先介紹什麼是自動控製，以及它在現代社會中的重要地位。您將瞭解到，一個典型的控製係統是如何由“感知”、“決策”和“執行”這三個核心環節組成的，它們如同人體的“感官”、“大腦”和“肢體”，協同工作以實現預期的目標。 實驗一：基礎信號與係統響應的測量 我們將從最簡單的輸入信號（如階躍信號、脈衝信號）開始，學習如何使用實驗平颱測量輸齣信號的響應。通過觀察不同輸入信號對係統的影響，您將直觀地理解係統的慣性、阻尼等基本特性。這將是您理解後續更復雜係統行為的基礎。例如，當給一個電機輸入一個階躍電壓時，它並不會瞬間達到目標轉速，而是會經曆一個加速過程，這個過程的時域錶現就是係統的響應。我們將通過示波器或數據采集卡來記錄和分析這一過程，並探討哪些因素會影響響應的快慢和穩定性。 實驗二：綫性係統的時域分析 深入理解係統的瞬態響應和穩態響應是分析控製係統性能的關鍵。在本實驗中，您將學習如何通過時域分析來評估係統的穩定性、響應速度、超調量和穩態誤差。我們將利用常見的係統模型（例如，RC電路、彈簧-阻尼係統）進行實驗，並學習如何從實驗數據中提取這些關鍵性能指標。例如，觀察係統在受到擾動後，能否在規定時間內恢復到目標值，以及恢復過程中是否會産生過大的震蕩，這些都是時域分析要關注的內容。 實驗三：綫性係統的頻域分析 除瞭時域錶現，從頻域的角度分析係統同樣重要。本實驗將介紹頻率響應的概念，並通過伯德圖、奈奎斯特圖等工具，讓您瞭解係統對不同頻率輸入的響應特性。您將學習如何通過實驗數據繪製這些圖譜，並從中分析係統的帶寬、幅值裕度和相位裕度，這些都直接關係到係統的穩定性。例如，一個係統可能對緩慢變化的信號響應良好，但對快速變化的信號則錶現齣明顯的衰減或失真，頻率響應分析就能揭示這一點。 第二部分：深入探索控製器的設計——讓係統“更聰明” 瞭解瞭係統的基本特性後，我們就可以開始思考如何通過控製器來優化係統的性能，使其更加穩定、精確和快速。本部分將聚焦於不同類型控製器的設計與實現。 實驗四：比例（P）控製器 比例控製器是最簡單的一種控製器，它的輸齣與當前誤差成比例。我們將通過實驗，觀察純比例控製在不同參數下的錶現。您將親身體驗到，適當的比例增益可以提高係統的響應速度，但過大的增益可能導緻係統不穩定。例如，在控製一個溫度係統時，比例控製器會根據當前溫度與設定溫度的差值來調節加熱或製冷的強度。但如果比例增益太高，即使溫度稍微偏離設定值，控製器也會強力調節，可能導緻溫度在設定值附近劇烈波動。 實驗五：比例-積分（PI）控製器 為瞭消除穩態誤差，我們引入瞭積分環節。PI控製器結閤瞭比例和積分的作用，在提高響應速度的同時，也能顯著減小甚至消除穩態誤差。您將通過實驗，學習如何調整比例和積分增益，以達到最佳的控製效果。通過對比純比例控製和PI控製的實驗結果，您將深刻理解積分環節的優勢。例如，在控製液位時，純比例控製器可能無法讓液位精確地維持在設定高度，總會存在微小的誤差。引入積分環節後，即使誤差很小，控製器也會持續纍積，直到誤差被完全消除。 實驗六：比例-積分-微分（PID）控製器 PID控製器是現代工業中最廣泛使用的控製器之一。它在比例和積分的基礎上，增加瞭微分環節，能夠預測誤差的變化趨勢，從而提前做齣反應，進一步提高係統的動態性能，抑製震蕩。本實驗將是重中之重，您將學習如何整定PID控製器的三個參數（Kp, Ki, Kd），並理解它們對係統響應的影響。我們將通過仿真和實際硬件平颱，演示PID控製器在各種復雜場景下的強大能力。例如，在控製機器人關節的角度時，PID控製器能夠根據當前角度、曆史角度變化趨勢以及未來可能的變化趨勢，精確地控製電機的輸齣扭矩，使其平穩快速地達到目標角度。 第三部分：提升係統性能——應對復雜挑戰 在掌握瞭基本的控製器設計之後，我們將進一步探討如何處理更復雜的係統，以及如何通過更高級的控製策略來提升係統性能。 實驗七：開環與閉環控製係統的比較 開環控製係統結構簡單，但容易受外界乾擾影響；閉環控製係統則通過反饋機製，能夠有效地抑製乾擾，提高係統的魯棒性。本實驗將通過對比同一係統在開環和閉環兩種控製方式下的錶現，讓您直觀地感受到閉環控製的優越性。例如，在一個簡單的加熱係統中，開環控製隻能根據設定的時間來加熱，無法根據實際溫度進行調整。而閉環控製則可以通過溫度傳感器實時監測溫度，並根據反饋信號來調整加熱器的功率，從而保證溫度穩定。 實驗八：根軌跡分析與設計 根軌跡是分析閉環係統穩定性的重要圖綫。通過繪製根軌跡，我們可以直觀地瞭解係統參數變化對閉環係統極點位置的影響，進而指導控製器的設計。您將學習如何根據係統模型，繪製根軌跡，並從中確定閤適的控製器參數，以滿足穩定性要求。根軌跡能夠清晰地展示，當控製器的增益發生變化時，閉環係統的特徵方程的根（即係統的極點）會如何移動。通過觀察這些極點是否能保持在復平麵的左半部分，我們可以判斷係統是否穩定。 實驗九：狀態空間方法與控製器設計 隨著工程技術的不斷發展，越來越多的係統需要用更精確的狀態空間模型來描述。本實驗將介紹狀態空間方法，並演示如何基於狀態空間模型設計最優控製器（如極點配置）。您將接觸到更先進的控製理論，並瞭解其在現代工程中的應用。狀態空間描述將係統的內部狀態作為變量，能夠更全麵地反映係統的動態特性。通過狀態反饋，我們可以將係統的極點任意配置到期望的位置，從而實現最佳的控製性能。 第四部分：實踐應用與進階 在掌握瞭理論和實驗基礎後，我們將引導您將所學知識應用於實際問題，並介紹一些進階的控製技術。 實驗十：模糊控製與神經網絡控製簡介 麵對一些難以建立精確數學模型的復雜係統，模糊控製和神經網絡控製等智能控製方法展現齣強大的生命力。本實驗將通過簡單的例子，初步介紹模糊控製和神經網絡控製的基本思想，讓您瞭解它們在處理非綫性、不確定性係統時的優勢。例如，在控製洗衣機程序時，我們很難用精確的數學公式來描述如何根據衣物的髒汙程度、材質等因素來最優地選擇洗滌模式。模糊控製則可以利用人類專傢的經驗，通過“軟”規則來實現智能控製。 實驗十一：典型工業控製係統仿真 我們將選取一些典型的工業控製係統，如機器人軌跡跟蹤、伺剋驅動係統等，通過仿真平颱進行模擬實驗。您將有機會在虛擬環境中，體驗設計和調試復雜控製係統的過程，進一步鞏固所學知識。這些仿真實驗將幫助您將理論知識與實際工程應用緊密結閤，為未來的工程實踐打下堅實的基礎。 實驗平颱與資源 本書的實驗設計考慮到瞭多種實驗平颱的可能性，包括但不限於： 通用型硬件平颱： 如基於單片機（Arduino, STM32等）或DSP的實驗箱，它們提供瞭豐富的傳感器、執行器和信號接口，能夠實現各種控製算法的硬件驗證。 專用實驗設備： 如電機控製實驗颱、機器人仿真平颱、溫度控製實驗裝置等，它們能夠更直觀地展示特定應用場景下的控製原理。 仿真軟件： 如MATLAB/Simulink，它們提供瞭強大的仿真環境，能夠快速驗證控製算法的設計，並進行詳細的性能分析。 學習目標 通過本實驗課程的學習，您將能夠： 1. 掌握自動控製係統的基本構成和工作原理。 2. 理解綫性係統的時域和頻域分析方法。 3. 熟悉P, PI, PID等經典控製器的設計原理和參數整定方法。 4. 能夠利用根軌跡等圖綫分析係統穩定性。 5. 初步瞭解狀態空間方法和智能控製技術。 6. 具備在實際工程中應用自動控製理論解決問題的能力。 7. 培養嚴謹的科學態度和良好的動手能力。 總結 自動控製理論是一門既具深度又富於實踐的學科。本書旨在通過一係列精心設計的實驗，將抽象的理論知識轉化為直觀的實踐體驗。我們相信，當您親手搭建係統、調試參數、觀察響應時，您會對自動控製的魅力有更深刻的認識，並為未來在自動化、智能化領域的發展奠定堅實的基礎。踏上這段實踐探索之旅，您將不僅掌握一項重要的工程技術，更能開啓通往更廣闊科技視野的大門。

評分☆☆☆☆☆

這次的實驗教材真的讓我眼前一亮！與以往我接觸過的實驗書相比，它在理論與實踐的結閤上做得非常齣色。實驗項目設計得既有代錶性，又具有一定的挑戰性。從簡單的開環、閉環係統仿真，到復雜的控製器參數整定，每個實驗都圍繞著自動控製理論中的關鍵概念展開，讓我們能夠親手搭建模型，觀察係統響應，分析實驗數據，從而加深對理論知識的理解。實驗步驟清晰明瞭，儀器設備的使用說明也很詳細，即便是第一次操作這些設備，也能快速上手。我印象最深的是關於PID控製器整定部分的實驗，通過多次嘗試和調整參數，我親眼看到瞭不同參數對係統性能的影響，體會到瞭理論與實際操作之間的微妙差異，這對於今後設計和優化控製器非常有幫助。而且，實驗報告的格式和要求也比較規範，引導我們如何科學地記錄和分析實驗結果，培養嚴謹的科學態度。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容實在太豐富瞭，簡直是自動控製領域的一座寶庫！從最基礎的傳遞函數、係統建模，到拉普拉斯變換、根軌跡法、頻率特性分析，再到PID控製器設計、狀態空間方法，幾乎涵蓋瞭自動控製理論的所有核心知識點。作者的講解深入淺齣，循序漸進，即使是初學者也能輕鬆理解。每章後麵都配有大量的例題和習題，這些題目設計得非常巧妙，能夠幫助我們鞏固所學知識，並培養解決實際問題的能力。特彆值得一提的是，書中還穿插瞭許多實際工程中的案例分析，讓我們能夠直觀地感受到自動控製理論在工業生産、航空航天、機器人等領域的廣泛應用，極大地激發瞭我們學習的興趣和動力。我尤其喜歡作者在講解復雜概念時，會引用一些形象的比喻和生動的故事，讓抽象的理論變得生動有趣，不再枯燥乏味。讀完這本書，我感覺自己對自動控製係統有瞭前所未有的深刻理解，仿佛打開瞭一個全新的世界。

評分☆☆☆☆☆

這本書的實用價值非常高，它不僅僅是一本理論書籍，更像是一本解決實際問題的指南。作者在書中融入瞭大量的工程實踐經驗，這些經驗對於我們這些即將步入工程領域的學生來說，是無價的財富。書中提到的很多控製器設計方法和係統分析技巧，都是在實際工程中經過驗證的，具有很高的可操作性。例如，在PID控製器設計部分，作者不僅講解瞭如何進行理論計算，還提供瞭許多在實際應用中常用的整定技巧和經驗公式，這些內容在其他教材中可能很難找到。此外，書中對各種乾擾和不確定性對係統性能的影響進行瞭深入的分析，並給齣瞭相應的應對策略，這對於我們在設計魯棒性控製器時非常有啓發。讀完這本書，我感覺自己對如何將自動控製理論應用於實際工程項目有瞭更清晰的認識，也更有信心去麵對未來的挑戰。

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣剛開始接觸自動控製領域的學生來說，這本書提供瞭一個非常紮實的基礎。作者在講述每一部分內容時，都會先迴顧相關的數學工具，比如傅裏葉變換、拉普拉斯變換，確保我們在開始深入學習控製理論之前，已經具備瞭必要的數學基礎。然後，再循序漸進地引入控製係統的基本概念，如穩定性、魯棒性、最優性等。我尤其欣賞作者在處理一些難點問題時的耐心和細緻，他會從不同的角度去解釋，嘗試用各種方式去類比，力求讓讀者真正理解其中的原理，而不是停留在死記硬背的層麵。例如，在講解奈奎斯特穩定判據時，作者不僅給齣瞭數學推導，還結閤瞭幅相頻率特性的圖，讓我們能夠直觀地理解穩定性的判據是如何得齣的。這本書讓我感覺自己不再是茫然無措，而是有瞭清晰的學習路徑和堅實的理論支撐。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和設計都非常用心，閱讀體驗極佳。字體大小適中，頁麵布局清晰，章節劃分閤理，重點內容通過加粗、下劃綫等方式突齣顯示，方便我們快速定位和記憶。紙張的質量也很好，摸起來很有質感，印刷清晰，沒有模糊或錯位的現象。更重要的是，書中穿插瞭大量的圖錶和示意圖，這些圖錶都繪製得非常精美、準確，極大地幫助我們理解那些抽象的數學模型和控製原理。比如，在講解根軌跡法時，書中提供的根軌跡圖就非常直觀，讓我們能夠清楚地看到係統極點移動的軌跡，以及如何通過改變增益來影響係統的穩定性。我個人非常喜歡這種圖文並茂的學習方式，它讓原本可能枯燥的理論知識變得生動形象，易於理解和消化。整體來說，這是一本讓人賞心悅目的教材，閱讀起來是一種享受。