正版新书--自动控制原理(上) 谢昭莉 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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谢昭莉 著

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• 控制系统
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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111383307

商品编码：29476365758

包装：平装

出版时间：2012-07-01

基本信息

书名：自动控制原理(上)

定价：38.00元

作者：谢昭莉

出版社：机械工业出版社

出版日期：2012-07-01

ISBN：9787111383307

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：1.140kg

编辑推荐

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内容提要

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　　本书根据高等学校本科自动控制原理课程的教学要求编写，比较全面地阐述了经典控制理论中线性定常系统理论的基本内容。全书共分4篇（控制基础篇、系统分析篇、系统设计篇、应用篇），共7章，包括自动控制系统的一般概念及数学模型，经典控制理论的三大分析方法——时域分析法、根轨迹分析法及频域分析法，控制系统的校正。另外，为了教材知识体系的完整性及拓展读者的视野，加深学生对课程的理解以及与后续课程的衔接，本书在后以小篇幅、浅显易读的编排风格，较完整地展示了几个控制系统的应用实例。
　　《高等院校精品课程系列教材：自动控制原理（上）》将基于MATLAB的控制系统计算机辅助分析与设计方法贯穿在相关章节中介绍，注重结合MATLAB工具的应用，以辅助对课程的理解。
　　本书可作为高等学校自动化、电气工程及自动化、机械工程及自动化、热力工程、通信工程、电子信息工程等相关专业的“自动控制原理”课程的本科教材，同时也可作为自动化相关专业研究生及工程技术人员的参考书。

目录

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前言
篇 控制基础篇
章 自动控制系统的一般概念
1.1 引言
1.2 自动控制与自动控制系统
1.2.1 人工控制与自动控制
1.2.2 控制系统的方框图表示法
1.2.3 开环控制与闭环控制
1.2.4 自动控制系统的基本组成
1.3 自动控制系统的基本类型
1.3.1 恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统
1.3.2 线性系统和非线性系统
1.3.3 连续系统和离散系统
1.4 对自动控制系统的基本要求
1.5 本课程的任务及本书概貌
1.5.1 课程的任务
1.5.2 本书概貌
小结
习题

第2章 控制系统的数学模型
2.1 引言
2.2 系统微分方程的建立
2.2.1 线性系统的微分方程
2.2.2 非线性微分方程的线性化
2.3 线性系统的传递函数
2.3.1 传递函数
2.3.2 传递函数的性质
2.3.3 传递函数的求法
2.3.4 典型环节的传递函数
2.4 控制系统的动态结构图与信号流图
2.4.1 动态结构图的概念
2.4.2 动态结构图的绘制
2.4.3 动态结构图的等效变换
2.4.4 信号流图及梅逊增益公式
2.5 闭环控制系统的传递函数
2.5.1 闭环控制系统的开环传递函数
2.5.2 给定输入信号作用下系统的闭环传递函数
2.5.3 干扰信号作用下系统的闭环传递函数
2.5.4 闭环控制系统的误差传递函数
2.5.5 多输入-多输出系统的传递函数矩阵
2.6 MATLAB中数学模型的表示
2.6.1 数学模型的MATLAB表示及其转换
2.6.2 应用MATLAB指令简化动态结构图
小结
习题

第二篇 系统分析篇
第3章 控制系统的时域分析
3.1 引言
3.1.1 典型输入信号
3.1.2 控制系统时域响应的性能指标
3.2 线性定常系统的稳定性及稳定判据
3.2.1 稳定的基本概念
3.2.2 线性系统稳定的充分必要条件
3.2.3 劳斯稳定判据
3.2.4 系统参数对稳定性的影响
3.2.5 系统的相对稳定性和稳定裕量
3.2.6 结构不稳定系统及其改善
3.3 控制系统的稳态误差
3.3.1 误差和稳态误差的定义
3.3.2 给定输入作用下的稳态误差
3.3.3 干扰作用下的稳态误差与系统结构参数的关系
3.3.4 改善系统稳态精度的途径
3.4 控制系统的动态性能分析
3.4.1 一阶系统的时域分析
3.4.2 二阶系统的时域分析
3.4.3 高阶系统分析
3.5 线性系统的基本控制规律--PID控制
3.6 用MATLAB对系统进行时域分析
小结
习题

第4章 控制系统的根轨迹分析法
4.1 引言
4.1.1 根轨迹
4.1.2 根轨迹与系统性能
4.2 根轨迹法的基本概念
4.2.1 根轨迹方程
4.2.2 系统闭环零点、极点和开环零点、极点的关系
4.2.3 相角条件和幅值条件
4.3 根轨迹的绘制
4.3.1 绘制根轨迹图的基本法则
4.3.2 绘制根轨迹图举例
4.4 广义根轨迹的绘制
4.4.1 参数根轨迹图的绘制
4.4.2 零度根轨迹图的绘制
4.5 利用根轨迹图分析控制系统性能
4.5.1 闭环系统极点、零点的位置与系统性能的关系
4.5.2 由根轨迹图确定条件稳定系统的参数取值范围
4.6 用MATLAB进行控制系统的根轨迹分析
4.6.1 用MATLAB绘制根轨迹图
4.6.2 用MATLAB对系统根轨迹进行分析举例
小结
习题

第5章 控制系统的频域分析
5.1 引言
5.1.1 频率特性的基本概念
5.1.2 用图形表示频率特性
5.2 对数频率特性
5.2.1 对数频率特性图
5.2.2 典型环节的对数频率特性
5.2.3 控制系统开环对数频率特性图的绘制
5.2.4 小相位系统与非小相位系统
5.2.5 由频率特性确定相应的传递函数
5.3 频率特性极坐标图
5.3.1 极坐标图（幅相频率特性曲线）
5.3.2 典型环节的频率特性极坐标图
5.3.3 控制系统的开环频率特性极坐标图
5.4 奈奎斯特稳定判据
5.4.1 奈奎斯特稳定判据的数学基础
5.4.2 奈奎斯特稳定判据
5.4.3 对数频率特性上的奈奎斯特判据
5.4.4 用奈奎斯特判据判断延迟系统稳定性
5.5 控制系统的相对稳定性
5.5.1 相角裕量与幅值裕量
5.5.2 控制系统的相对稳定性分析
5.6 控制系统的频域分析
5.6.1 典型二阶系统的频域分析
5.6.2 高阶系统的频域分析
5.7 用MATLAB进行控制系统的频域分析
小结
习题

第三篇 系统设计篇
第6章 控制系统的校正
6.1 引言
6.1.1 系统校正的概念
6.1.2 系统校正基础
6.2 常用校正装置及其特性
6.2.1 超前校正装置及其特性
6.2.2 滞后校正装置及其特性
6.2.3 滞后-超前校正装置及其特性
6.3 频域法串联校正
6.3.1 串联超前校正
6.3.2 串联滞后校正
6.3.3 串联滞后超前校正
6.3.4 按期望特性对系统进行串联校正
6.4 根轨迹法串联校正
6.4.1 串联超前校正
6.4.2 串联滞后校正
6.4.3 串联滞后超前校正
6.5 工程控制方法PID控制
6.6 反馈校正
6.6.1 利用反馈校正改变局部结构和参数
6.6.2 利用反馈校正取代局部结构
6.7 复合校正
6.7.1 按干扰补偿的复合校正
6.7.2 按输入补偿的复合校正
小结
习题

第四篇 应用篇
第7章 控制系统示例
7.1 引言
7.2 一种电动比例蝶阀控制系统
7.3 智能车速度控制系统
7.4 锅炉给水控制系统
7.5 汽车制动器性能测试的试验台控制系统
附录常用函数的拉普拉斯变换简表及拉普拉斯变换的几个重要定理
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《工程师的指南：现代控制系统设计与应用》 引言 在现代工程的宏伟画卷中，控制系统扮演着至关重要的角色，它们是驱动自动化、提升效率、确保安全以及实现精密操作的核心动力。从飞机自动驾驶仪到工业生产线的机器人手臂，从恒温器调节室内温度到医疗设备精确输送药物，无处不见控制系统的身影。它们以看不见的手，默默地将复杂的世界变得井然有序。 本书旨在为初学者和有一定工程背景的读者提供一个全面而深入的现代控制系统设计与应用指南。我们不再局限于理论的堆砌，而是将重点放在如何将这些理论知识转化为解决实际工程问题的有力工具。我们将一步步引领读者理解控制系统的基本原理，掌握分析和设计各类控制器的关键技术，并探讨它们在不同领域的具体应用，最终培养出能够独立解决复杂控制工程挑战的工程师。 第一部分：控制系统的基石——理解与建模 在开始设计任何控制系统之前，我们必须透彻理解其工作原理并建立准确的数学模型。这一部分将为读者打下坚实的基础。 第一章：控制系统的基本概念与分类 什么是控制系统？ 我们将从最根本的角度出发，阐述控制系统的定义、目标以及其在工程中的不可或缺性。通过生动的例子，如家庭中的自动恒温器，来直观地展示开环和闭环控制的区别。 开环控制与闭环控制： 深入剖析这两种基本控制结构的优缺点。开环控制的简单性与易于实现，以及其对外部扰动的敏感性；闭环控制的反馈机制如何实现精度和稳定性的提升，但也引入了复杂性和潜在的不稳定性。我们将探讨在什么场景下选择哪种类型的控制系统更为合适。 反馈的魔力： 详细解释反馈在闭环控制中的核心作用。正反馈与负反馈的根本区别，以及负反馈如何实现误差的补偿和系统的稳定性。我们将通过简单的物理类比，如人走路时不断调整步伐来保持平衡，来加深对反馈概念的理解。 系统性能指标： 引入评价控制系统性能的关键指标，包括瞬态响应（如超调量、上升时间、调节时间）和稳态响应（如稳态误差）。理解这些指标对于量化和优化控制系统的表现至关重要。 控制系统的组成： 识别控制系统中的基本组成部分，如传感器、控制器、执行器和被控对象（植物）。了解它们各自的功能和相互作用，是构建和理解整个系统的第一步。 第二章：系统建模——将现实世界转化为数学语言 为何需要模型？ 解释数学模型在控制系统设计中的必要性。模型是我们进行分析、仿真和设计的基础，它允许我们在不实际建造物理系统的情况下，预测系统的行为并进行优化。 经典建模方法： 微分方程： 介绍如何使用物理定律（如牛顿第二定律、基尔霍夫定律）来建立系统的微分方程模型。我们将通过典型的机械系统（如弹簧-质量-阻尼系统）和电气系统（如RLC电路）的建模过程，展示这一方法的具体应用。 传递函数： 引入拉普拉斯变换，解释如何从微分方程推导出系统的传递函数。强调传递函数在频域分析中的重要性，以及它如何简洁地表示输入与输出之间的线性关系。 状态空间表示： 介绍更现代化的状态空间方法，以及它在处理多输入多输出（MIMO）系统和非线性系统时的优势。我们将讨论状态向量、状态矩阵、输入矩阵和输出矩阵的含义。 系统辨识： 当物理模型难以建立或存在未知参数时，我们将介绍系统辨识的技术，通过实验数据来估计系统的模型参数。 第三章：时域分析——洞察系统动态行为 单位阶跃响应： 详细分析单位阶跃响应的特性，它是评价系统动态性能最常用和直观的方法之一。我们将深入理解超调量、上升时间、调节时间和稳态误差如何反映系统的稳定性和响应速度。 单位脉冲响应： 介绍单位脉冲响应，及其与传递函数的内在联系，以及它在系统分析中的作用。 瞬态响应分析： 深入探讨不同系统类型（如一阶、二阶系统）的瞬态响应特性，以及如何通过参数设计来获得期望的动态性能。 稳态误差分析： 分析系统在不同类型输入（如常数输入、斜坡输入、抛物线输入）下的稳态误差，以及如何通过增加积分环节来消除稳态误差。 第二部分：控制器的设计——驾驭系统行为 在理解和建模了系统之后，我们就可以着手设计控制器，使其能够按照我们的意愿工作。 第四章：PID 控制器——万能的经典 PID 控制器的原理： 深入讲解比例（P）、积分（I）和微分（D）三个控制分量的作用。P分量响应输入变化，I分量消除稳态误差，D分量预测未来趋势并抑制超调。 PID 参数整定方法： 经验方法： 介绍 Ziegler-Nichols 等经典的经验整定方法，及其在实际工程中的应用和局限性。 理论分析方法： 结合时域和频域的分析工具，指导读者如何系统地选择和优化 PID 参数，以满足性能要求。 自适应 PID： 简要介绍自适应 PID 控制的思想，即控制器参数随系统变化而自动调整。 PID 控制器的应用实例： 通过实际案例，如温度控制、液位控制、电机速度控制等，展示 PID 控制器在各个领域的广泛应用。 第五章：频域分析——理解系统的频率响应特性 频率响应的概念： 解释系统在不同频率正弦输入下的响应特性，包括幅值和相位的变化。 伯德图（Bode Plot）： 详细介绍伯德图的绘制和解读方法，包括幅频特性曲线和相频特性曲线。伯德图是分析系统稳定性和设计控制器的重要工具。 奈奎斯特图（Nyquist Plot）： 介绍奈奎斯特稳定判据，以及如何通过奈奎斯特图来判断系统的稳定性。 幅值裕度和相角裕度： 解释这两个关键指标在评估系统稳定性方面的意义，以及如何通过它们来指导控制器设计。 第六章：根轨迹法——可视化设计工具 根轨迹的概念： 介绍根轨迹是闭环系统极点随控制器增益变化的轨迹。 根轨迹的绘制法则： 详细讲解绘制根轨迹的步骤和规则，包括实轴上的根轨迹、渐近线、起终点等。 根轨迹法在控制器设计中的应用： 如何利用根轨迹来调整控制器参数，以获得期望的闭环系统极点位置，从而满足系统的动态性能要求。 第七章：先进控制策略 前馈控制： 介绍前馈控制如何通过测量扰动来提前补偿，与反馈控制形成互补，进一步提高系统性能。 模糊控制： 解释模糊控制的基本思想，即利用模糊逻辑来处理不确定性和非精确信息，实现对复杂系统的控制。 神经网络控制： 简要介绍神经网络在控制领域的应用，特别是其学习和自适应能力。 模型预测控制（MPC）： 介绍 MPC 的基本原理，即利用系统模型来预测未来一段时间的系统行为，并优化控制输入以实现最优控制。 第三部分：控制系统的应用与实践 理论知识的最终目的是应用于解决实际问题。本部分将展示控制系统在不同领域的具体应用。 第八章：伺服系统控制 位置控制与速度控制： 探讨如何设计控制器实现对电机、机械臂等执行器的精确位置和速度控制。 伺服系统的稳定性与精度： 分析影响伺服系统性能的关键因素，并介绍提高稳定性和精度的设计方法。 第九章：过程控制 工业过程中的控制对象： 介绍化工、电力、冶金等工业领域中常见的控制对象，如反应器、锅炉、轧机等。 过程控制系统的设计与挑战： 探讨过程控制系统在处理大惯性、长延迟、非线性等复杂工况下的设计方法和面临的挑战。 先进过程控制技术： 介绍如分层控制、串级控制等在复杂工业过程中的应用。 第十章：机器人与自动化系统 机器人运动控制： 介绍机器人关节的伺服控制、多关节协调控制等。 自动化生产线中的控制： 探讨如何设计和集成控制系统，实现生产线的自动化运行。 第十一章：航空航天与国防应用 飞行控制系统： 介绍飞机自动驾驶仪、姿态控制等。 导弹制导控制： 探讨如何设计控制器使导弹精确命中目标。 第十二章：新能源与智能系统 风力发电与太阳能发电的并网控制： 介绍如何设计控制器确保新能源发电的稳定性和电网的可靠性。 智能交通系统中的控制： 探讨交通信号灯控制、车辆自适应巡航控制等。 结论 本书从控制系统的基本原理出发，逐步深入到分析、设计和应用。我们力求通过清晰的讲解、丰富的示例和实用的方法，帮助读者建立起扎实的控制系统知识体系。掌握控制系统设计技术，不仅是成为一名优秀工程师的必备技能，更是理解和塑造现代世界不可或缺的能力。我们希望本书能成为您在控制工程领域探索与实践的宝贵伙伴，激发您对自动化和智能化未来的更多思考与创新。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对自动化技术充满热情的爱好者，我一直致力于通过各种渠道学习与此相关的知识。这次入手《正版新书--自动控制原理(上) 谢昭莉 机械工业出版社》，是因为在我的学习过程中，“自动控制原理”始终是一个绕不开的核心环节。我曾尝试过阅读一些网络上的教程和论坛上的讨论，但总觉得不够系统和深入。听说谢昭莉教授的这本新书，封面上的“正版新书”字样让我对内容的权威性有了初步的信心。我非常期待书中能够详细介绍不同类型自动控制系统的基本构成，比如开环系统和闭环系统的区别，以及它们各自的优缺点。此外，对于系统的瞬态响应和稳态响应的分析方法，我希望能有更清晰的图示和例题来辅助理解。了解这些基础概念，对于我将来理解更高级的控制算法，比如模糊控制、神经网络控制等，至关重要。这本书的出版，对我而言，就像是为我的学习之路点亮了一盏明灯，我非常渴望能从书中汲取知识，构建起扎实的自动控制理论基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一位对理论物理和应用数学都有一定基础的跨学科研究者，一直对自动控制原理在复杂系统中的应用抱有浓厚的兴趣。在阅读《正版新书--自动控制原理(上) 谢昭莉 机械工业出版社》之前，我曾涉猎过一些关于系统辨识和状态空间方法的文献，但总感觉缺少一个统一且严谨的理论框架。谢昭莉教授的著作，在我看来，往往能够提供这种高度概括和深度分析。我特别关注书中在描述连续时间系统和离散时间系统时的数学表述是否严谨，以及如何从物理或工程背景出发，抽象出系统的动态方程。我希望书中能够详细阐述PID控制器及其改进算法，并讨论其在不同应用场景下的局限性。此外，对于根轨迹法、奈奎斯特稳定判据等经典分析工具，我期望能看到更深入的推导和更直观的理解方式，以便于我将其应用于更复杂的非线性或多变量系统中。一本高质量的教材，应该能够在我原有知识体系的基础上，拓展我的视野，并提供解决新问题的工具。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在职的工程师，工作中经常会接触到各种控制系统，虽然日常工作中主要依赖成熟的工具和软件，但对于控制理论的底层逻辑始终感到有些模糊。这本《正版新书--自动控制原理(上) 谢昭莉 机械工业出版社》的出版，正好给了我一个重新梳理和系统学习的机会。谢昭莉教授的名字在学术界颇有分量，相信这本书的理论深度和实践指导性都会非常高。我关注的重点在于书中如何将理论与实际工程问题相结合，例如，书中是否会通过具体的案例来讲解如何构建控制系统的数学模型，如何进行稳定性分析，以及如何设计基本的控制器。对于工程师来说，理解控制系统的动态特性、分析其性能瓶颈以及优化控制策略至关重要，我期望这本书能在这几个方面提供深刻的见解，帮助我提升解决实际工程问题的能力。这本书的及时更新，也意味着它可能包含了最新的研究进展或更贴合当前工程实践的教学方法，这对于我们这些需要不断学习和适应变化的工程师来说，无疑是一份宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

在选购这本《正版新书--自动控制原理(上) 谢昭莉 机械工业出版社》之前，我特意查阅了一些相关的教材和评论。谢昭莉教授的著作一直以其体系完整、逻辑清晰著称，这次的新书更是让我充满了期待。作为一名对技术充满好奇的学习者，我对自动控制这个领域的发展感到非常着迷，尤其是它在现代科技中的广泛应用，从机器人到航空航天，再到我们日常使用的智能设备，几乎无处不在。我希望这本书能够以一种循序渐进的方式，带领我领略自动控制的魅力。我特别想了解书中是如何引入“自动控制”这个概念的，以及它在整个工程学科中扮演着怎样的角色。此外，我对书中关于系统反馈机制的讲解尤为感兴趣，因为反馈是自动控制的核心。能够获得一本正版的新书，也让我对内容的权威性和准确性有了信心，这对于我打下坚实的基础至关重要。

评分☆☆☆☆☆

作为一名工程专业的学生，我对自动控制原理这门课一直充满敬畏又带着点儿好奇。这次有幸购得这本《正版新书--自动控制原理(上) 谢昭莉 机械工业出版社》，还没来得及深入钻研，但光是翻阅目录和前言，就能感受到作者谢昭莉教授深厚的功底和严谨的治学态度。书的装帧设计简洁大气，纸张质量上乘，印刷清晰，这些细节都预示着这是一本值得细细品读的学术著作。我最期待的是书中关于系统建模和分析的部分，尤其是拉普拉斯变换、传递函数以及时域和频域分析等核心概念，希望这本书能将这些抽象的理论用清晰易懂的方式呈现出来，让我这个初学者也能迅速掌握。同时，作为“上册”，我非常好奇它会涵盖哪些基础知识，以及为后续更深入的学习打下怎样的基础。这本书的出现，无疑为我深入理解自动控制这一复杂而迷人的学科提供了一个坚实的起点，迫不及待地想沉浸其中，探索自动控制世界的奥秘。