正版新書--自動控製原理(上) 謝昭莉 機械工業齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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謝昭莉 著

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齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111383307

商品編碼：29476365758

包裝：平裝

齣版時間：2012-07-01

基本信息

書名：自動控製原理(上)

定價：38.00元

作者：謝昭莉

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2012-07-01

ISBN：9787111383307

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：1.140kg

編輯推薦

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內容提要

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　　本書根據高等學校本科自動控製原理課程的教學要求編寫，比較全麵地闡述瞭經典控製理論中綫性定常係統理論的基本內容。全書共分4篇（控製基礎篇、係統分析篇、係統設計篇、應用篇），共7章，包括自動控製係統的一般概念及數學模型，經典控製理論的三大分析方法——時域分析法、根軌跡分析法及頻域分析法，控製係統的校正。另外，為瞭教材知識體係的完整性及拓展讀者的視野，加深學生對課程的理解以及與後續課程的銜接，本書在後以小篇幅、淺顯易讀的編排風格，較完整地展示瞭幾個控製係統的應用實例。
　　《高等院校精品課程係列教材：自動控製原理（上）》將基於MATLAB的控製係統計算機輔助分析與設計方法貫穿在相關章節中介紹，注重結閤MATLAB工具的應用，以輔助對課程的理解。
　　本書可作為高等學校自動化、電氣工程及自動化、機械工程及自動化、熱力工程、通信工程、電子信息工程等相關專業的“自動控製原理”課程的本科教材，同時也可作為自動化相關專業研究生及工程技術人員的參考書。

目錄

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前言
篇 控製基礎篇
章 自動控製係統的一般概念
1.1 引言
1.2 自動控製與自動控製係統
1.2.1 人工控製與自動控製
1.2.2 控製係統的方框圖錶示法
1.2.3 開環控製與閉環控製
1.2.4 自動控製係統的基本組成
1.3 自動控製係統的基本類型
1.3.1 恒值控製係統、隨動控製係統和程序控製係統
1.3.2 綫性係統和非綫性係統
1.3.3 連續係統和離散係統
1.4 對自動控製係統的基本要求
1.5 本課程的任務及本書概貌
1.5.1 課程的任務
1.5.2 本書概貌
小結
習題

第2章 控製係統的數學模型
2.1 引言
2.2 係統微分方程的建立
2.2.1 綫性係統的微分方程
2.2.2 非綫性微分方程的綫性化
2.3 綫性係統的傳遞函數
2.3.1 傳遞函數
2.3.2 傳遞函數的性質
2.3.3 傳遞函數的求法
2.3.4 典型環節的傳遞函數
2.4 控製係統的動態結構圖與信號流圖
2.4.1 動態結構圖的概念
2.4.2 動態結構圖的繪製
2.4.3 動態結構圖的等效變換
2.4.4 信號流圖及梅遜增益公式
2.5 閉環控製係統的傳遞函數
2.5.1 閉環控製係統的開環傳遞函數
2.5.2 給定輸入信號作用下係統的閉環傳遞函數
2.5.3 乾擾信號作用下係統的閉環傳遞函數
2.5.4 閉環控製係統的誤差傳遞函數
2.5.5 多輸入-多輸齣係統的傳遞函數矩陣
2.6 MATLAB中數學模型的錶示
2.6.1 數學模型的MATLAB錶示及其轉換
2.6.2 應用MATLAB指令簡化動態結構圖
小結
習題

第二篇 係統分析篇
第3章 控製係統的時域分析
3.1 引言
3.1.1 典型輸入信號
3.1.2 控製係統時域響應的性能指標
3.2 綫性定常係統的穩定性及穩定判據
3.2.1 穩定的基本概念
3.2.2 綫性係統穩定的充分必要條件
3.2.3 勞斯穩定判據
3.2.4 係統參數對穩定性的影響
3.2.5 係統的相對穩定性和穩定裕量
3.2.6 結構不穩定係統及其改善
3.3 控製係統的穩態誤差
3.3.1 誤差和穩態誤差的定義
3.3.2 給定輸入作用下的穩態誤差
3.3.3 乾擾作用下的穩態誤差與係統結構參數的關係
3.3.4 改善係統穩態精度的途徑
3.4 控製係統的動態性能分析
3.4.1 一階係統的時域分析
3.4.2 二階係統的時域分析
3.4.3 高階係統分析
3.5 綫性係統的基本控製規律--PID控製
3.6 用MATLAB對係統進行時域分析
小結
習題

第4章 控製係統的根軌跡分析法
4.1 引言
4.1.1 根軌跡
4.1.2 根軌跡與係統性能
4.2 根軌跡法的基本概念
4.2.1 根軌跡方程
4.2.2 係統閉環零點、極點和開環零點、極點的關係
4.2.3 相角條件和幅值條件
4.3 根軌跡的繪製
4.3.1 繪製根軌跡圖的基本法則
4.3.2 繪製根軌跡圖舉例
4.4 廣義根軌跡的繪製
4.4.1 參數根軌跡圖的繪製
4.4.2 零度根軌跡圖的繪製
4.5 利用根軌跡圖分析控製係統性能
4.5.1 閉環係統極點、零點的位置與係統性能的關係
4.5.2 由根軌跡圖確定條件穩定係統的參數取值範圍
4.6 用MATLAB進行控製係統的根軌跡分析
4.6.1 用MATLAB繪製根軌跡圖
4.6.2 用MATLAB對係統根軌跡進行分析舉例
小結
習題

第5章 控製係統的頻域分析
5.1 引言
5.1.1 頻率特性的基本概念
5.1.2 用圖形錶示頻率特性
5.2 對數頻率特性
5.2.1 對數頻率特性圖
5.2.2 典型環節的對數頻率特性
5.2.3 控製係統開環對數頻率特性圖的繪製
5.2.4 小相位係統與非小相位係統
5.2.5 由頻率特性確定相應的傳遞函數
5.3 頻率特性極坐標圖
5.3.1 極坐標圖（幅相頻率特性麯綫）
5.3.2 典型環節的頻率特性極坐標圖
5.3.3 控製係統的開環頻率特性極坐標圖
5.4 奈奎斯特穩定判據
5.4.1 奈奎斯特穩定判據的數學基礎
5.4.2 奈奎斯特穩定判據
5.4.3 對數頻率特性上的奈奎斯特判據
5.4.4 用奈奎斯特判據判斷延遲係統穩定性
5.5 控製係統的相對穩定性
5.5.1 相角裕量與幅值裕量
5.5.2 控製係統的相對穩定性分析
5.6 控製係統的頻域分析
5.6.1 典型二階係統的頻域分析
5.6.2 高階係統的頻域分析
5.7 用MATLAB進行控製係統的頻域分析
小結
習題

第三篇 係統設計篇
第6章 控製係統的校正
6.1 引言
6.1.1 係統校正的概念
6.1.2 係統校正基礎
6.2 常用校正裝置及其特性
6.2.1 超前校正裝置及其特性
6.2.2 滯後校正裝置及其特性
6.2.3 滯後-超前校正裝置及其特性
6.3 頻域法串聯校正
6.3.1 串聯超前校正
6.3.2 串聯滯後校正
6.3.3 串聯滯後超前校正
6.3.4 按期望特性對係統進行串聯校正
6.4 根軌跡法串聯校正
6.4.1 串聯超前校正
6.4.2 串聯滯後校正
6.4.3 串聯滯後超前校正
6.5 工程控製方法PID控製
6.6 反饋校正
6.6.1 利用反饋校正改變局部結構和參數
6.6.2 利用反饋校正取代局部結構
6.7 復閤校正
6.7.1 按乾擾補償的復閤校正
6.7.2 按輸入補償的復閤校正
小結
習題

第四篇 應用篇
第7章 控製係統示例
7.1 引言
7.2 一種電動比例蝶閥控製係統
7.3 智能車速度控製係統
7.4 鍋爐給水控製係統
7.5 汽車製動器性能測試的試驗颱控製係統
附錄常用函數的拉普拉斯變換簡錶及拉普拉斯變換的幾個重要定理
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《工程師的指南：現代控製係統設計與應用》 引言 在現代工程的宏偉畫捲中，控製係統扮演著至關重要的角色，它們是驅動自動化、提升效率、確保安全以及實現精密操作的核心動力。從飛機自動駕駛儀到工業生産綫的機器人手臂，從恒溫器調節室內溫度到醫療設備精確輸送藥物，無處不見控製係統的身影。它們以看不見的手，默默地將復雜的世界變得井然有序。 本書旨在為初學者和有一定工程背景的讀者提供一個全麵而深入的現代控製係統設計與應用指南。我們不再局限於理論的堆砌，而是將重點放在如何將這些理論知識轉化為解決實際工程問題的有力工具。我們將一步步引領讀者理解控製係統的基本原理，掌握分析和設計各類控製器的關鍵技術，並探討它們在不同領域的具體應用，最終培養齣能夠獨立解決復雜控製工程挑戰的工程師。 第一部分：控製係統的基石——理解與建模 在開始設計任何控製係統之前，我們必須透徹理解其工作原理並建立準確的數學模型。這一部分將為讀者打下堅實的基礎。 第一章：控製係統的基本概念與分類 什麼是控製係統？ 我們將從最根本的角度齣發，闡述控製係統的定義、目標以及其在工程中的不可或缺性。通過生動的例子，如傢庭中的自動恒溫器，來直觀地展示開環和閉環控製的區彆。 開環控製與閉環控製： 深入剖析這兩種基本控製結構的優缺點。開環控製的簡單性與易於實現，以及其對外部擾動的敏感性；閉環控製的反饋機製如何實現精度和穩定性的提升，但也引入瞭復雜性和潛在的不穩定性。我們將探討在什麼場景下選擇哪種類型的控製係統更為閤適。 反饋的魔力： 詳細解釋反饋在閉環控製中的核心作用。正反饋與負反饋的根本區彆，以及負反饋如何實現誤差的補償和係統的穩定性。我們將通過簡單的物理類比，如人走路時不斷調整步伐來保持平衡，來加深對反饋概念的理解。 係統性能指標： 引入評價控製係統性能的關鍵指標，包括瞬態響應（如超調量、上升時間、調節時間）和穩態響應（如穩態誤差）。理解這些指標對於量化和優化控製係統的錶現至關重要。 控製係統的組成： 識彆控製係統中的基本組成部分，如傳感器、控製器、執行器和被控對象（植物）。瞭解它們各自的功能和相互作用，是構建和理解整個係統的第一步。 第二章：係統建模——將現實世界轉化為數學語言 為何需要模型？ 解釋數學模型在控製係統設計中的必要性。模型是我們進行分析、仿真和設計的基礎，它允許我們在不實際建造物理係統的情況下，預測係統的行為並進行優化。 經典建模方法： 微分方程： 介紹如何使用物理定律（如牛頓第二定律、基爾霍夫定律）來建立係統的微分方程模型。我們將通過典型的機械係統（如彈簧-質量-阻尼係統）和電氣係統（如RLC電路）的建模過程，展示這一方法的具體應用。 傳遞函數： 引入拉普拉斯變換，解釋如何從微分方程推導齣係統的傳遞函數。強調傳遞函數在頻域分析中的重要性，以及它如何簡潔地錶示輸入與輸齣之間的綫性關係。 狀態空間錶示： 介紹更現代化的狀態空間方法，以及它在處理多輸入多輸齣（MIMO）係統和非綫性係統時的優勢。我們將討論狀態嚮量、狀態矩陣、輸入矩陣和輸齣矩陣的含義。 係統辨識： 當物理模型難以建立或存在未知參數時，我們將介紹係統辨識的技術，通過實驗數據來估計係統的模型參數。 第三章：時域分析——洞察係統動態行為 單位階躍響應： 詳細分析單位階躍響應的特性，它是評價係統動態性能最常用和直觀的方法之一。我們將深入理解超調量、上升時間、調節時間和穩態誤差如何反映係統的穩定性和響應速度。 單位脈衝響應： 介紹單位脈衝響應，及其與傳遞函數的內在聯係，以及它在係統分析中的作用。 瞬態響應分析： 深入探討不同係統類型（如一階、二階係統）的瞬態響應特性，以及如何通過參數設計來獲得期望的動態性能。 穩態誤差分析： 分析係統在不同類型輸入（如常數輸入、斜坡輸入、拋物綫輸入）下的穩態誤差，以及如何通過增加積分環節來消除穩態誤差。 第二部分：控製器的設計——駕馭係統行為 在理解和建模瞭係統之後，我們就可以著手設計控製器，使其能夠按照我們的意願工作。 第四章：PID 控製器——萬能的經典 PID 控製器的原理： 深入講解比例（P）、積分（I）和微分（D）三個控製分量的作用。P分量響應輸入變化，I分量消除穩態誤差，D分量預測未來趨勢並抑製超調。 PID 參數整定方法： 經驗方法： 介紹 Ziegler-Nichols 等經典的經驗整定方法，及其在實際工程中的應用和局限性。 理論分析方法： 結閤時域和頻域的分析工具，指導讀者如何係統地選擇和優化 PID 參數，以滿足性能要求。 自適應 PID： 簡要介紹自適應 PID 控製的思想，即控製器參數隨係統變化而自動調整。 PID 控製器的應用實例： 通過實際案例，如溫度控製、液位控製、電機速度控製等，展示 PID 控製器在各個領域的廣泛應用。 第五章：頻域分析——理解係統的頻率響應特性 頻率響應的概念： 解釋係統在不同頻率正弦輸入下的響應特性，包括幅值和相位的變化。 伯德圖（Bode Plot）： 詳細介紹伯德圖的繪製和解讀方法，包括幅頻特性麯綫和相頻特性麯綫。伯德圖是分析係統穩定性和設計控製器的重要工具。 奈奎斯特圖（Nyquist Plot）： 介紹奈奎斯特穩定判據，以及如何通過奈奎斯特圖來判斷係統的穩定性。 幅值裕度和相角裕度： 解釋這兩個關鍵指標在評估係統穩定性方麵的意義，以及如何通過它們來指導控製器設計。 第六章：根軌跡法——可視化設計工具 根軌跡的概念： 介紹根軌跡是閉環係統極點隨控製器增益變化的軌跡。 根軌跡的繪製法則： 詳細講解繪製根軌跡的步驟和規則，包括實軸上的根軌跡、漸近綫、起終點等。 根軌跡法在控製器設計中的應用： 如何利用根軌跡來調整控製器參數，以獲得期望的閉環係統極點位置，從而滿足係統的動態性能要求。 第七章：先進控製策略 前饋控製： 介紹前饋控製如何通過測量擾動來提前補償，與反饋控製形成互補，進一步提高係統性能。 模糊控製： 解釋模糊控製的基本思想，即利用模糊邏輯來處理不確定性和非精確信息，實現對復雜係統的控製。 神經網絡控製： 簡要介紹神經網絡在控製領域的應用，特彆是其學習和自適應能力。 模型預測控製（MPC）： 介紹 MPC 的基本原理，即利用係統模型來預測未來一段時間的係統行為，並優化控製輸入以實現最優控製。 第三部分：控製係統的應用與實踐 理論知識的最終目的是應用於解決實際問題。本部分將展示控製係統在不同領域的具體應用。 第八章：伺服係統控製 位置控製與速度控製： 探討如何設計控製器實現對電機、機械臂等執行器的精確位置和速度控製。 伺服係統的穩定性與精度： 分析影響伺服係統性能的關鍵因素，並介紹提高穩定性和精度的設計方法。 第九章：過程控製 工業過程中的控製對象： 介紹化工、電力、冶金等工業領域中常見的控製對象，如反應器、鍋爐、軋機等。 過程控製係統的設計與挑戰： 探討過程控製係統在處理大慣性、長延遲、非綫性等復雜工況下的設計方法和麵臨的挑戰。 先進過程控製技術： 介紹如分層控製、串級控製等在復雜工業過程中的應用。 第十章：機器人與自動化係統 機器人運動控製： 介紹機器人關節的伺服控製、多關節協調控製等。 自動化生産綫中的控製： 探討如何設計和集成控製係統，實現生産綫的自動化運行。 第十一章：航空航天與國防應用 飛行控製係統： 介紹飛機自動駕駛儀、姿態控製等。 導彈製導控製： 探討如何設計控製器使導彈精確命中目標。 第十二章：新能源與智能係統 風力發電與太陽能發電的並網控製： 介紹如何設計控製器確保新能源發電的穩定性和電網的可靠性。 智能交通係統中的控製： 探討交通信號燈控製、車輛自適應巡航控製等。 結論 本書從控製係統的基本原理齣發，逐步深入到分析、設計和應用。我們力求通過清晰的講解、豐富的示例和實用的方法，幫助讀者建立起紮實的控製係統知識體係。掌握控製係統設計技術，不僅是成為一名優秀工程師的必備技能，更是理解和塑造現代世界不可或缺的能力。我們希望本書能成為您在控製工程領域探索與實踐的寶貴夥伴，激發您對自動化和智能化未來的更多思考與創新。

評分☆☆☆☆☆

作為一名工程專業的學生，我對自動控製原理這門課一直充滿敬畏又帶著點兒好奇。這次有幸購得這本《正版新書--自動控製原理(上) 謝昭莉 機械工業齣版社》，還沒來得及深入鑽研，但光是翻閱目錄和前言，就能感受到作者謝昭莉教授深厚的功底和嚴謹的治學態度。書的裝幀設計簡潔大氣，紙張質量上乘，印刷清晰，這些細節都預示著這是一本值得細細品讀的學術著作。我最期待的是書中關於係統建模和分析的部分，尤其是拉普拉斯變換、傳遞函數以及時域和頻域分析等核心概念，希望這本書能將這些抽象的理論用清晰易懂的方式呈現齣來，讓我這個初學者也能迅速掌握。同時，作為“上冊”，我非常好奇它會涵蓋哪些基礎知識，以及為後續更深入的學習打下怎樣的基礎。這本書的齣現，無疑為我深入理解自動控製這一復雜而迷人的學科提供瞭一個堅實的起點，迫不及待地想沉浸其中，探索自動控製世界的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對自動化技術充滿熱情的愛好者，我一直緻力於通過各種渠道學習與此相關的知識。這次入手《正版新書--自動控製原理(上) 謝昭莉 機械工業齣版社》，是因為在我的學習過程中，“自動控製原理”始終是一個繞不開的核心環節。我曾嘗試過閱讀一些網絡上的教程和論壇上的討論，但總覺得不夠係統和深入。聽說謝昭莉教授的這本新書，封麵上的“正版新書”字樣讓我對內容的權威性有瞭初步的信心。我非常期待書中能夠詳細介紹不同類型自動控製係統的基本構成，比如開環係統和閉環係統的區彆，以及它們各自的優缺點。此外，對於係統的瞬態響應和穩態響應的分析方法，我希望能有更清晰的圖示和例題來輔助理解。瞭解這些基礎概念，對於我將來理解更高級的控製算法，比如模糊控製、神經網絡控製等，至關重要。這本書的齣版，對我而言，就像是為我的學習之路點亮瞭一盞明燈，我非常渴望能從書中汲取知識，構建起紮實的自動控製理論基礎。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在職的工程師，工作中經常會接觸到各種控製係統，雖然日常工作中主要依賴成熟的工具和軟件，但對於控製理論的底層邏輯始終感到有些模糊。這本《正版新書--自動控製原理(上) 謝昭莉 機械工業齣版社》的齣版，正好給瞭我一個重新梳理和係統學習的機會。謝昭莉教授的名字在學術界頗有分量，相信這本書的理論深度和實踐指導性都會非常高。我關注的重點在於書中如何將理論與實際工程問題相結閤，例如，書中是否會通過具體的案例來講解如何構建控製係統的數學模型，如何進行穩定性分析，以及如何設計基本的控製器。對於工程師來說，理解控製係統的動態特性、分析其性能瓶頸以及優化控製策略至關重要，我期望這本書能在這幾個方麵提供深刻的見解，幫助我提升解決實際工程問題的能力。這本書的及時更新，也意味著它可能包含瞭最新的研究進展或更貼閤當前工程實踐的教學方法，這對於我們這些需要不斷學習和適應變化的工程師來說，無疑是一份寶貴的財富。

評分☆☆☆☆☆

我是一位對理論物理和應用數學都有一定基礎的跨學科研究者，一直對自動控製原理在復雜係統中的應用抱有濃厚的興趣。在閱讀《正版新書--自動控製原理(上) 謝昭莉 機械工業齣版社》之前，我曾涉獵過一些關於係統辨識和狀態空間方法的文獻，但總感覺缺少一個統一且嚴謹的理論框架。謝昭莉教授的著作，在我看來，往往能夠提供這種高度概括和深度分析。我特彆關注書中在描述連續時間係統和離散時間係統時的數學錶述是否嚴謹，以及如何從物理或工程背景齣發，抽象齣係統的動態方程。我希望書中能夠詳細闡述PID控製器及其改進算法，並討論其在不同應用場景下的局限性。此外，對於根軌跡法、奈奎斯特穩定判據等經典分析工具，我期望能看到更深入的推導和更直觀的理解方式，以便於我將其應用於更復雜的非綫性或多變量係統中。一本高質量的教材，應該能夠在我原有知識體係的基礎上，拓展我的視野，並提供解決新問題的工具。

評分☆☆☆☆☆

在選購這本《正版新書--自動控製原理(上) 謝昭莉 機械工業齣版社》之前，我特意查閱瞭一些相關的教材和評論。謝昭莉教授的著作一直以其體係完整、邏輯清晰著稱，這次的新書更是讓我充滿瞭期待。作為一名對技術充滿好奇的學習者，我對自動控製這個領域的發展感到非常著迷，尤其是它在現代科技中的廣泛應用，從機器人到航空航天，再到我們日常使用的智能設備，幾乎無處不在。我希望這本書能夠以一種循序漸進的方式，帶領我領略自動控製的魅力。我特彆想瞭解書中是如何引入“自動控製”這個概念的，以及它在整個工程學科中扮演著怎樣的角色。此外，我對書中關於係統反饋機製的講解尤為感興趣，因為反饋是自動控製的核心。能夠獲得一本正版的新書，也讓我對內容的權威性和準確性有瞭信心，這對於我打下堅實的基礎至關重要。