現代控製係統(第十二版)(英文版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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美多爾夫，美畢曉普 著

圖書標籤:

• 控製係統
• 現代控製
• 自動控製
• 係統工程
• 英文教材
• 控製理論
• 反饋控製
• 綫性係統
• 狀態空間
• 最優控製

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121170652

商品編碼：29729102689

包裝：平裝

齣版時間：2012-07-01

基本信息

書名：現代控製係統(第十二版)(英文版)

定價：118.00元

作者：(美)多爾夫,(美)畢曉普

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2012-07-01

ISBN：9787121170652

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：1.421kg

編輯推薦

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《現代控製係統(2版英文版)》由多爾夫、畢曉普所著，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、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，可作為高等學校工科(自動化、航空航天、電力、機械、化工等)本科高年級學生和研究生的雙語教學教材，也可供從事相關工作的人員作為參考用書使用。

內容提要

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《現代控製係統(2版英文版)》由多爾夫、畢曉普所著，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。《現代控製係統(2版英文版)》一直是該類課程暢銷全球的教材範本。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、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。本書可作為高等學校工科(自動化、航空航天、電力、機械、化工等)本科高年級學生和研究生的雙語教學教材，也可供從事相關工作的人員作為參考用書使用。

目錄

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CHAPTER 1 Introduction to Control Systems 1.1 Introduction 1.2 Brief History of Automatic Control 1.3 Examples of Control Systems 1.4 Engineering Design 1.5 Control System Design 1.6 Mechatronic Systems 1.7 Green Engineering 1.8 The Future Evolution of Control Systems 1.9 Design Examples 1.10 Sequential Design Example: Disk Drive Read System 1.11 SummaryCHAPTER 2 Mathematical Models of Systems 2.1 Introduction 2.2 Differential Equatio of Physical Systems 2.3 Linear Approximatio of Physical Systems 2.4 The Laplace Traform 2.5 The Trafer Function of Linear Systems 2.6 Block Diagram Models 2.7 Signal-Flow Graph Models 2.8 Design Examples 2.9 The Simulation of Systems Using Control Design Software 2.10 Sequential Design Example: Disk Drive Read System 2.11 SummaryCHAPTER 3 State Variable Models 3.1 Introduction 3.2 The State Variables of a Dynamic System 3.3 The State Differential Equation 3.4 Signal-Flow Graph and Block Diagram Models 3.5 Alternative Signal-Flow Graph and Block Diagram Models 3.6 The Trafer Function from the State Equation 3.7 The Time Respoe and the State Traition Matrix 3.8 Design Examples 3.9 Analysis of State Variable Models Using Control DesignSoftware 3.10 Sequential Design Example: Disk Drive Read System 3.11 SummaryCHAPTER 4 Feedback Control System Characteristics 4.1 Introduction 4.2 Error Signal Analysis 4.3 Seitivity of Control Systems to Parameter Variatio 4.4 Disturbance Signals in a Feedback Control System 4.5 Control of the Traient Respoe 4.6 Steady-State Error 4.7 The Cost of Feedback 4.8 Design Examples 4.9 Control System Characteristics Using Control Design Software 4.10 Sequential Design Example: Disk Drive Read System 4.11 SummaryCHAPTER 5 The Performance of Feedback Control Systems 5.1 Introduction 5.2 Test Input Signals 5.3 Performance of Second-Order Systems 5.4 Effects of a Third Pole and a Zero on the Second-Order SystemRespoe 5.5 The s-Plane Root Location and the Traient Respoe 5.6 The Steady-State Error of Feedback Control Systems 5.7 Performance Indices 5.8 The Simplification of Linear Systems 5.9 Design Examples 5.10 System Performance Using Control Design Software 5.11 Sequential Design Example: Disk Drive Read System 5.12 SummaryCHAPTER 6 The Stability of Linear Feedback Systems 6.1 The Concept of Stability 6.2 The Routh–Hurwitz Stability Criterion 6.3 The Relative Stability of Feedback Control Systems 6.4 The Stability of State Variable Systems 6.5 Design Examples 6.6 System Stability Using Control Design Software 6.7 Sequential Design Example: Disk Drive Read System 6.8 SummaryCHAPTER 7 The Root Locus Method 7.1 Introduction 7.2 The Root Locus Concept 7.3 The Root Locus Procedure 7.4 Parameter Design by the Root Locus Method 7.5 Seitivity and the Root Locus 7.6 PID Controlle 7.7 Negative Gain Root Locus 7.8 Design Examples 7.9 The Root Locus Using Control Design Software 7.10 Sequential Design Example: Disk Drive Read System 7.11 SummaryCHAPTER 8 Frequency Respoe Methods 8.1 Introduction 8.2 Frequency Respoe Plots 8.3 Frequency Respoe Measurements 8.4 Performance Specificatio in the Frequency Domain 8.5 Log Magnitude and Phase Diagrams 8.6 Design Examples 8.7 Frequency Respoe Methods Using Control Design Software 8.8 Sequential Design Example: Disk Drive Read System 8.9 SummaryCHAPTER 9 Stability in the Frequency Domain 9.1 Introduction 9.2 Mapping Contou in the s-Plane 9.3 The Nyquist Criterion 9.4 Relative Stability and the Nyquist Criterion 9.5 Time-Domain Performance Criteria in the Frequency Domain 9.6 System Bandwidth 9.7 The Stability of Control Systems with Time Delays 9.8 Design Examples 9.9 PID Controlle in the Frequency Domain 9.10 Stability in the Frequency Domain Using Control DesignSoftware 9.11 Sequential Design Example: Disk Drive Read System 9.12 SummaryCHAPTER 10 The Design of Feedback Control Systems 10.1 Introduction 10.2 Approaches to System Design 10.3 Cascade Compeation Networks 10.4 Phase-Lead Design Using the Bode Diagram 10.5 Phase-Lead Design Using the Root Locus 10.6 System Design Using Integration Networks 10.7 Phase-Lag Design Using the Root Locus 10.8 Phase-Lag Design Using the Bode Diagram 10.9 Design on the Bode Diagram Using Analytical Methods 10.10 Systems with a Prefilter 10.11 Design for Deadbeat Respoe 10.12 Design Examples 10.13 System Design Using Control Design Software 10.14 Sequential Design Example: Disk Drive Read System 10.15 SummaryCHAPTER 11 The Design of State Variable Feedback Systems 11.1 Introduction 11.2 Controllability and Observability 11.3 Full-State Feedback Control Design 11.4 Observer Design 11.5 Integrated Full-State Feedback and Observer 11.6 Reference Inputs 11.7 Optimal Control Systems 11.8 Internal Model Design 11.9 Design Examples 11.10 State Variable Design Using Control Design Software 11.11 Sequential Design Example: Disk Drive Read System 11.12 SummaryCHAPTER 12 Robust Control Systems 12.1 Introduction 12.2 Robust Control Systems and System Seitivity 12.3 Analysis of Robustness 12.4 Systems with Uncertain Paramete 12.5 The Design of Robust Control Systems 12.6 The Design of Robust PID-Controlled Systems 12.7 The Robust Internal Model Control System 12.8 Design Examples 12.9 The Pseudo-Quantitative Feedback System 12.10 Robust Control Systems Using Control Design Software 12.11 Sequential Design Example: Disk Drive Read System 12.12 SummaryCHAPTER 13 Digital Control Systems 13.1 Introduction 13.2 Digital Computer Control System Applicatio 13.3 Sampled-Data Systems 13.4 The z-Traform 13.5 Closed-Loop Feedback Sampled-Data Systems 13.6 Performance of a Sampled-Data, Second-Order System 13.7 Closed-Loop Systems with Digital Computer Compeation 13.8 The Root Locus of Digital Control Systems 13.9 Implementation of Digital Controlle 13.10 Design Examples 13.11 Digital Control Systems Using Control Design Software 13.12 Sequential Design Example: Disk Drive Read System 13.13 SummaryAPPENDIX A MATLAB BasicsReferencesIndex

作者介紹

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文摘

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序言

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《控製係統原理與實踐》 導論：探索自動化世界的基石 在人類文明的漫長發展曆程中，我們從未停止過對理解和掌控自身所處環境的追求。從古代水利工程的精妙設計，到工業革命帶來的蒸汽動力革命，再到如今信息技術飛速發展的數字時代，對“控製”的理解和運用始終是推動社會進步的核心驅動力之一。本書《控製係統原理與實踐》正是旨在為讀者係統地介紹這一至關重要的領域。它不僅僅是一本教科書，更是一扇通往理解和設計現代自動化係統的窗戶，揭示著如何讓復雜的機械、電氣乃至生物係統按照我們設定的意圖精確運行。 第一篇：理論基石——數學模型與係統描述 控製係統的核心在於精確的數學描述。本篇將帶領讀者深入探索構建這些描述的基石。 數學語言的魅力：綫性代數與微積分的融閤 我們將從復習和強調控製係統領域中至關重要的數學工具開始。綫性代數，特彆是嚮量空間、矩陣運算以及特徵值分析，是理解多輸入多輸齣（MIMO）係統和狀態空間錶示法的基石。我們還將迴顧微分方程和拉普拉斯變換，它們是分析和設計連續時間係統（CT- sistemas）的標準語言，能夠將復雜的時域動態轉化為易於處理的復頻域錶達式。積分變換，如傅裏葉變換，也將被引入，用於分析係統的頻率響應特性，揭示係統對不同頻率輸入信號的反應。 係統建模：從物理現實到數學抽象 理解一個係統如何工作，首先需要構建它的數學模型。本書將涵蓋多種建模方法，從基於物理定律（如牛頓定律、基爾霍夫定律）的建模，到利用實驗數據進行係統辨識。我們將詳細闡述如何將現實世界的物理過程（例如，電機、液壓缸、熱交換器）轉化為能夠被數學分析的方程組。這包括瞭建立傳動函數（transfer function）來描述輸入與輸齣之間的比例關係，以及引入狀態空間方程（state-space equations）來提供更全麵的係統內部動態描述，尤其適用於處理多變量和時變係統。 時域分析：係統響應的剖析 一旦有瞭數學模型，我們就可以開始分析係統的動態行為。本篇將深入探討單位階躍響應（unit step response）、單位脈衝響應（unit impulse response）等標準瞬態響應特性。我們將學習如何通過這些響應麯綫來評估係統的穩定性（stability）、瞬態響應速度（transient speed）、超調量（overshoot）和穩態誤差（steady-state error）。這些指標是判斷係統性能優劣的關鍵，也為後續的設計提供瞭明確的目標。 頻域分析：頻率特性的洞察 除瞭時域分析，頻域分析提供瞭另一種理解係統行為的強大視角。我們將介紹頻率響應（frequency response）的概念，並通過伯德圖（Bode plot）、奈奎斯特圖（Nyquist plot）和尼科爾斯圖（Nichols chart）等工具來可視化係統的頻率特性。這些圖錶能夠直觀地展示係統在不同頻率下的增益（gain）和相移（phase shift），從而揭示係統的帶寬（bandwidth）、截止頻率（cutoff frequency）以及穩定性裕度（stability margins）。 第二篇：設計與實現——穩定性、性能與魯棒性 理論模型構建完成後，核心任務便是根據設計需求，設計齣能夠穩定、高效且可靠運行的控製器。 穩定性理論：保障係統正常運行的基石 穩定性是控製係統最基本的要求。我們將詳細講解李雅普諾夫穩定性理論（Lyapunov stability theory），這是一種分析非綫性係統穩定性的強大方法，不依賴於綫性化。對於綫性係統，我們將深入研究勞斯-赫爾維茨判據（Routh-Hurwitz criterion）和根軌跡法（root locus method），這些方法能夠直觀地展示控製器參數變化對係統極點（poles）位置的影響，從而判斷係統的穩定性。 閉環控製：實現精確調節的奧秘 閉環控製（closed-loop control）是現代控製係統的靈魂。本篇將深入剖析比例（P）、比例-積分（PI）、比例-微分（PD）以及比例-積分-微分（PID）控製器。我們將詳細闡述每種控製器的作用機理，以及它們如何通過反饋信號來糾正偏差，實現對被控對象的精確調節。PID控製器作為最廣泛應用的控製器類型，將獲得特彆的關注，包括其參數整定方法（如Ziegler-Nichols法、臨界比例法）以及實際應用中的技巧。 根軌跡與頻率域設計：量化性能指標 根軌跡法不僅用於穩定性分析，更是設計控製器參數的有力工具。我們將學習如何繪製和解釋根軌跡，並利用它來調整控製器增益，以達到期望的瞬態響應性能，如期望的阻尼比（damping ratio）和自然頻率（natural frequency）。在頻域，我們將利用伯德圖來設計補償器（compensator），以改善係統的穩定裕度和消除穩態誤差，從而滿足性能要求。 狀態空間設計：更高級的控製策略 對於更復雜的係統，特彆是多變量係統，狀態空間錶示法提供瞭更強大的設計框架。本篇將介紹狀態反饋（state feedback）的概念，以及如何通過極點配置（pole placement）技術來任意配置閉環係統的極點，從而實現期望的係統動態。此外，狀態估計算法（state estimation algorithms），如卡爾曼濾波器（Kalman filter），也將被引入，用於在測量不精確或不完整的情況下，估計係統的內部狀態。 魯棒性與模型不確定性：應對現實世界的挑戰 現實世界的係統模型總存在不確定性，外部乾擾也難以完全消除。本篇將探討控製係統的魯棒性（robustness），即係統在模型參數變化或外部擾動存在時，仍能保持良好性能的能力。我們將介紹H∞控製（H-infinity control）等先進的魯棒控製方法，它們能夠設計齣在最壞情況下仍能滿足性能指標的控製器。 第三篇：高級主題與現代發展——麵嚮未來 在掌握瞭控製係統的基本原理之後，本篇將帶領讀者探索更前沿的控製理論與技術，以及它們在各個領域的應用。 離散時間係統：數字控製的基石 隨著數字計算機的普及，離散時間控製係統（discrete-time control systems）已成為現代控製的主流。我們將介紹離散時間係統的建模方法，如Z變換，以及離散時間係統的時域和頻域分析技術。PID控製器在離散時間係統中的實現方式，以及其參數整定方法也將被詳細討論。 非綫性控製：超越綫性世界的束縛 許多現實世界的係統本質上是非綫性的。本篇將介紹一些基本的非綫性控製策略，如反饋綫性化（feedback linearization）、滑模控製（sliding mode control）和自適應控製（adaptive control）。這些方法能夠有效地處理非綫性係統的復雜動態，實現更精確和更優的控製。 最優控製：追求性能的極緻 最優控製理論旨在找到在一定約束條件下，使某個性能指標（如能量消耗、時間）達到最優的控製律。我們將介紹變分法（calculus of variations）和龐特裏亞金最小值原理（Pontryagin's minimum principle）等數學工具，並探討綫性二次型調節器（Linear Quadratic Regulator, LQR）等具體的最優控製方法。 現代控製係統的應用實例：從航空航天到生物醫學 本書的最後一章將通過豐富的實際應用案例，展示控製係統在各個領域的巨大影響力。我們將深入探討它們如何在航空航天（如飛行器姿態控製、衛星軌道保持）、機器人學（如機器人臂的精確運動控製）、過程控製（如化工廠的溫度、壓力調節）、汽車工業（如自動駕駛、巡航控製）以及生物醫學工程（如人工胰腺、假肢控製）等領域發揮著至關重要的作用。通過這些案例，讀者將更深刻地理解理論知識的實際價值，並激發他們探索更廣泛應用的可能性。 結語：控製科學的無限可能 《控製係統原理與實踐》旨在為讀者打下堅實的控製理論基礎，培養分析和設計控製係統的能力。通過對數學模型、係統分析、穩定性理論、控製器設計以及先進控製策略的係統學習，讀者將能夠理解並參與到這個不斷發展和創新的領域中。控製係統不僅僅是一門工程學科，它更是連接科學發現與工程實現、理論推演與實際應用的橋梁，是構建未來智能化世界不可或缺的力量。本書期望能點燃讀者對這一迷人領域的探索熱情，並為他們未來的學習和職業發展提供寶貴的指引。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本厚重的著作時，我首先被它內容的廣度和深度所震撼。它不僅僅是簡單地羅列瞭各種控製係統的基礎理論，更像是一部係統的知識地圖，將經典控製與現代控製這兩大體係無縫銜接起來。從經典的傳遞函數模型，到現代的現代狀態空間描述，過渡得自然而流暢，邏輯鏈條清晰可見，沒有那種為瞭堆砌知識點而産生的生硬感。作者似乎深諳初學者與資深研究者之間的認知鴻溝，總能在關鍵的理論轉摺點提供精闢的論述，讓人豁然開朗。它提供的不僅僅是“是什麼”，更是“為什麼會是這樣”的深刻洞察力，這種對底層原理的深入挖掘，是真正區分優秀教材與普通參考書的關鍵所在。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計簡直是教科書界的典範，從封麵到內頁的排版都透露著一股嚴謹而又不失現代感的氣息。紙張的質感非常上乘，厚實且光滑，即便是長時間閱讀也不會感到刺眼。裝幀工藝紮實可靠，側邊膠閤得非常平整，讓人有種可以長期珍藏的信心。最值得稱贊的是字體選擇和行距的把握，清晰易讀，即便是麵對復雜的公式和圖錶，也能讓人迅速抓住重點，不會産生視覺疲勞。特彆是那些精妙的插圖和示意圖，繪製得極其精準，色彩的運用也恰到好處，能極大地輔助理解那些抽象的控製理論概念。不得不說，齣版商在細節上的打磨，真正體現瞭對學術閱讀體驗的尊重，這絕不是隨便印印瞭事的作品能比擬的。

評分☆☆☆☆☆

作為一本係統性的教材，其習題設計的精妙程度，是衡量其教學價值的另一重要標尺。這裏的習題絕非簡單的計算題堆砌，而是層層遞進，構成瞭一個完整的知識鞏固和能力提升的階梯。基礎題幫你夯實概念，中等難度的題目開始要求你進行分析和綜閤，而那些挑戰性的思考題，則常常需要你跳齣固有的框架去進行創新性的思考和推導。我特彆欣賞那些需要結閤多個章節知識點纔能完成的綜閤大題，它們極大地鍛煉瞭我的係統性思維能力。如果能把這些習題認真做完，我對現代控製係統的理解深度必然會有一個質的飛躍。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗中，最令人稱道的一點是作者在維護教材的“時效性”與“經典性”之間取得的絕佳平衡。盡管是經過多次修訂的版本，但它並沒有盲目追求追逐每一個最新的技術熱點，而是將精力集中在那些經過時間檢驗的、構成控製理論基石的核心知識上。然而，在講解經典方法時，作者又巧妙地融入瞭現代計算工具（如MATLAB/Simulink等）的應用視角，使得讀者在學習經典理論的同時，也瞭解瞭如何利用現代工具進行仿真驗證和參數優化。這種“立足經典，麵嚮未來”的編撰思路，使得這本書的生命力遠超許多同期齣版的新書。

評分☆☆☆☆☆

這本書的實踐應用導嚮性強得有些齣乎意料。我原本以為這會是一本純理論的“高冷”學術書籍，但翻閱目錄和章節內容後發現，它對各種實際工程問題的剖析非常到位。案例研究部分選材角度刁鑽卻又極其貼近現實工業場景，無論是飛行器的姿態控製，還是復雜的機器人動力學係統，都有詳盡的建模和分析過程。更關鍵的是，書中對不同控製策略在實際應用中可能遇到的局限性也進行瞭坦誠的探討，這比那些隻談成功案例的書籍要實在得多。它教會的不是死記硬背公式，而是如何將抽象的數學工具，轉化為解決具體工程挑戰的有效利器。