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王晓梅 著

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• 现代控制

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出版社： 冶金工业出版社

ISBN：9787502463502

商品编码：29729245564

包装：平装

出版时间：2013-07-01

基本信息

书名:控制工程基础(高等)

：24.00元

售价：16.3元,便宜7.7元,折扣67

作者:王晓梅

出版社：冶金工业出版社

出版日期：2013-07-01

ISBN：9787502463502

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

　　本书主要阐述经典控制论的基本原理、基础知识、基本分析方法、设计校正和工程设计方法，内容包括系统的数学模型、时域分析、频域分析、稳定性分析、校正与设计等，目的是使学生建立动态设计的概念，为后续课程运用控制理论和进一步深造打下基础。本书可作为本科或高职高专院校机械工程、电气工程、仪器科学与工程、动力工程等工学专业的教材，推荐学时为48～64学时，其中实验6～8学时，也可用作成教、函授学生的教材，还可供有关专业工程技术人员参考。

目录

1绪论
　1．1概述
　1．2工程控制论的研究对象与任务
　　1．2．1　工程控制论的研究对象
　　1．2．2　工程控制论的研究任务
　1．3控制系统的基本概念、工作原理及基本组成
　1．3．1反馈的概念
　1．3．2控制系统的工作原理-
　1．3．3　反馈控制系统的基本组成
　1．4控制系统的分类及对控制系统的基本要求
　　1．4．1　控制系统的分类
　　1．4．2　对控制系统的基本要求
　习题
2控制系统的数学模型
2．1系统的微分方程
　　2．1．1　概述
　　2．1．2　列写微分方程的一般方法
　　2．1．3机械系统的微分方程
　　2．1．4　电气系统的微分方程
　　2．1．5液压系统的微分方程
2．2拉普拉斯变换的数学方法
　　2．2．1　拉氏变换的定义
　　2．2．2拉氏变换定理
　　2．2．3　拉氏反变换的数学方法
　　2．2．4　用拉氏变换解常微分方程
　2．3传递函数
　　2．3．1　传递函数的定义和特点
　　2．3．2　传递函数的零点、极点和放大系数
　　2．3．3典型环节的传递函数
　　2．3．4相似系统
2．4传递函数方框图及其简化
……

作者介绍

文摘

序言

理论与实践的桥梁：开启系统智能控制的奇妙旅程 在科技飞速发展的今天，我们身边的世界无时无刻不在涌动着各种复杂而精妙的动态系统。从精准导航的航天器，到优化生产的自动化工厂；从维持生命体征的医疗设备，到平衡我们日常出行的智能交通；甚至在我们每一次的通信、每一次的能源分配中，都离不开对这些动态系统进行精确、稳定、高效的操控。那么，我们究竟如何才能理解和驾驭这些无处不在的“生命体”？如何才能让它们按照我们的意愿运行，甚至超越预期的表现？《控制工程基础（高等）》正是为你架设起这样一座连接理论与实践的坚实桥梁，带你深入探索系统控制的奥秘，为你开启一扇通往智能系统设计与实现的大门。 本书并非一本泛泛而谈的科普读物，也不是一套仅限于推导复杂数学公式的纯理论教材。它以严谨的学术视角，系统地梳理了控制工程的核心概念、基本原理、分析方法与设计技术。全书围绕“理解系统”、“分析系统”和“设计控制器”这三大核心脉络展开，层层递进，由浅入深，力求使读者在掌握基本理论的同时，也能深刻理解其背后的物理意义和工程应用价值。 第一部分：洞察系统本质——理解动态行为的语言 要控制一个系统，首先要理解它。本书将带领你进入动态系统的世界，学习如何用数学的语言来描述它们的行为。我们从最基础的概念入手，介绍系统的“状态”——那些能够完全定义系统当前情况的关键变量。然后，我们将探讨系统的“输入”——我们施加给系统的“指令”或“扰动”，以及“输出”——系统对输入和扰动产生的响应。 理解这些基本要素后，我们将深入学习如何建立系统的数学模型。这并非纸上谈兵，而是控制工程的基石。我们会介绍两种最主要的建模方法： 微分方程模型： 对于许多物理系统，如机械振动、电路、热传导等，微分方程能够精确地描述其随时间变化的动态特性。本书会引导你如何从物理规律出发，建立这些微分方程，并理解其与系统物理结构之间的对应关系。 传递函数模型： 在频域分析中，传递函数是描述输入与输出之间线性关系的强大工具。我们将学习如何将时域的微分方程转化为频域的传递函数，并理解其在分析系统频率响应、稳定性等方面的重要作用。 此外，本书还会介绍其他重要的系统表示方法，如框图模型、状态空间模型等，这些不同的表示方式各有侧重，能够从不同角度揭示系统的内在特性，为后续的分析和设计提供丰富的视角。通过对不同类型系统的建模练习，你将逐渐培养起对各种工程对象（如电机、液压系统、生物系统等）进行数学抽象和模型构建的能力。 第二部分：剖析系统灵魂——掌握分析的利器 理解了系统的动态行为后，我们便能开始对其进行深入的分析。这一部分将为你提供一系列强大的分析工具，帮助你评估系统的性能、判断其稳定性，并预测其在不同激励下的表现。 时域分析： 瞬态响应和稳态响应是分析系统性能的两个重要方面。我们将学习如何分析系统对单位阶跃输入、单位脉冲输入等典型激励的响应。通过分析响应的上升时间、超调量、调节时间等指标，我们可以直观地评价系统的动态性能，例如其快慢、是否会过度振荡等。 频域分析： 频域分析在控制工程中扮演着至关重要的角色。本书将详细介绍如何利用频率响应来刻画系统的特性。我们将深入探讨伯德图（Bode plot）、奈奎斯特图（Nyquist plot）和根轨迹图（Root locus plot）等经典分析工具。通过这些图形，你可以直观地了解系统对不同频率信号的放大衰减特性，判断系统的稳定性裕度，甚至预测系统在引入反馈后其性能的变化趋势。 稳定性分析： 稳定性是控制系统最基本也是最重要的要求。一个不稳定的系统，即使其他性能再好，也是毫无意义的。本书将系统地介绍判断系统稳定性的方法，包括代数稳定判据（如劳斯-赫尔维茨判据）和复域稳定判据（如奈奎斯特判据）。你将深刻理解稳定性的内在机制，以及如何通过分析系统的极点来判断其稳定性。 这一部分的学习，将使你具备“望闻问切”系统诊断的能力，能够迅速识别出系统的潜在问题，并为改进系统性能找到方向。 第三部分：雕琢系统之脑——精通控制器的设计 理解了系统，分析了系统，接下来便是如何对其进行有效的控制，使其达到我们期望的性能指标。本书将系统地介绍各种经典和现代的控制器设计方法。 PID 控制器： PID（比例-积分-微分）控制器是工业界应用最广泛的控制器类型。本书将详细阐述 P、I、D 各部分的作用机理，以及如何通过调整其参数来改善系统的动态性能。你将学会如何针对不同类型的系统和控制目标，选择合适的 PID 整定方法，从而获得满足要求的控制效果。 超前/滞后校正： 当基本 PID 控制器无法满足性能要求时，我们需要引入校正装置来改变系统的开环传递函数，从而改善闭环系统的性能。本书将介绍超前校正、滞后校正和超前-滞后联合校正等方法，并提供设计这些校正器的系统化步骤。 状态反馈控制： 随着现代控制理论的发展，基于状态空间模型的控制方法逐渐成为主流。本书将介绍状态反馈控制器的设计原理，包括极点配置方法。你将学习如何利用系统的所有状态信息来设计控制器，从而实现对系统更精确、更灵活的控制。 观测器设计： 在许多实际系统中，我们可能无法直接测量所有状态变量。这时，观测器就派上了用场。本书将介绍状态观测器的基本原理和设计方法，让你能够从已测量的输出信号来估计系统的内部状态，为状态反馈控制提供基础。 现代控制理论简介： 除了经典控制理论，本书还将为你打开现代控制理论的大门，介绍其核心思想和基本方法，如能控性、能观性等概念，为进一步深入学习更高级的控制理论打下基础。 本书在控制器设计部分，不仅注重理论推导，更强调方法的实际应用。通过大量的实例分析和习题，你将能够熟练地运用这些控制器设计方法，解决实际的工程问题，亲手“雕琢”出能够高效、稳定运行的智能系统。 本书的特色与价值： 理论与实践紧密结合： 本书在介绍理论知识的同时，穿插了大量的工程实例，使抽象的控制理论能够与实际应用场景有机结合，让读者更容易理解其工程意义。 数学工具的循序渐进： 尽管是高等教材，本书在引入数学工具时，都力求清晰明了，并解释了其在控制工程中的具体作用，避免了单纯的数学堆砌。 图形化辅助理解： 大量的图表、零极点图、伯德图等可视化工具，帮助读者直观地理解复杂的系统行为和分析结果。 思维训练与工程素养培养： 通过本书的学习，你不仅能掌握控制工程的知识和技能，更能培养严谨的工程思维、系统分析能力和问题解决能力，这些素养在任何工程领域都弥足珍贵。 无论你是一名渴望深入理解自动化、机器人、航空航天、电力系统、过程控制等领域工作原理的工科学生，还是希望提升自身在智能制造、人工智能等新兴领域研发能力的工程师，又或是对如何让复杂系统变得更加智能、更加高效充满好奇的探索者，《控制工程基础（高等）》都将是你不可或缺的良师益友。它将为你揭示隐藏在万物运转背后的精密逻辑，赋予你驾驭和创造智能系统的强大力量，让你能够真正地理解并参与到构建一个更加智能、更加美好的未来之中。现在，就让我们一起踏上这场充满智慧与挑战的控制工程之旅吧！

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计给我留下了非常深刻的印象。硬壳封面搭配哑光处理，拿在手里非常有质感，而且厚度适中，感觉内容一定非常扎实。书脊上的烫金字体在灯光下微微闪烁，显得专业而沉稳。内页纸张选用了略带米黄色的高质量纸张，不仅保护了视力，也让排版显得格外清晰。我特别注意到，书中的插图和公式排版都极其考究，图文之间的留白处理得恰到好处，使得即便是复杂系统的框图也能一目了然。装订质量也相当出色，可以完全平摊在桌面上，无论是查找某个特定章节还是对照公式推导，都不会有任何不便。这种对细节的极致追求，让人感觉作者和出版社对内容本身是充满敬意的，也极大地提升了阅读的愉悦感和专业体验。光是翻阅这本书的物理形态，就已经算得上是一种享受，它不仅仅是一本工具书，更像是一件值得收藏的学术工艺品。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常独特，它兼具了严谨的学术规范和令人放松的对话感。不像某些经典教材那样，通篇充斥着晦涩的术语和生硬的定义，这里的文字流动性非常好。例如，在解释非线性系统中的李雅普诺夫稳定性理论时，作者使用了“能量函数”的概念，将其描述为系统内在的“自我约束机制”，这种人性化的表达方式极大地拉近了理论与读者的距离。即便是面对复杂的数学证明，作者也会在关键步骤后插入一句总结性的评论，像是经验丰富的导师在耳边轻声提点。这种教学相长的氛围，让长时间的深度阅读不再是一种煎熬，而变成了一种智力上的愉悦探索。它成功地平衡了对精确性的要求和对可读性的追求，做到了学术深度与传播广度之间的完美平衡。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事逻辑严密得令人赞叹，它构建了一个由浅入深、层层递进的知识体系，让人在阅读过程中几乎不会感到迷茫。开篇对经典控制理论的梳理，稳健而不失深度，迅速将读者带入到系统动态行为分析的核心。随后，它巧妙地引入了现代控制理论的基石——状态空间表示法，并且在讲解反馈结构和可控性、可观测性时，使用了非常精妙的比喻和实例，抽象的概念被有效地具象化了。让我尤其欣赏的是，作者似乎非常懂得如何引导读者的思维跳跃，总是在读者即将感到枯燥时，插入一个与实际工程问题紧密相关的案例分析，使得理论学习的动力得以持续。这种结构上的精心布局，使得它非常适合作为系统学习控制原理的入门或进阶教材，能够确保学习者打下坚实的基础，避免了许多教材常见的知识点碎片化问题。

评分☆☆☆☆☆

我对比了手边几本同类的参考书，发现这本书在处理离散时间系统时的视角非常具有前瞻性。它没有将离散化仅仅视为连续系统在计算机上的简单映射，而是将其作为一个独立的、具有其自身特性的研究领域进行了详细阐述。特别是对脉冲响应、零阶保持器误差模型以及数字滤波效应的讨论，展示了作者对数字控制实践的深刻理解。此外，书中对模型阶次约简和辨识理论的介绍也十分到位，没有回避实际工程中数据不完美和模型不确定性的问题。它似乎在不断提醒读者，理论的优雅必须与实际操作的限制相兼容。这本书的价值在于，它不仅教授了“如何设计”，更重要的是，教会了“在现实世界中如何选择和修正设计”，这对于任何希望将理论付诸实践的控制专业人士来说，都是极其宝贵的指导。

评分☆☆☆☆☆

我花了大量时间研究其中关于鲁棒控制的部分，其讲解的深入程度远超我预期的“基础”范畴。作者并没有仅仅停留在介绍 $mathcal{H}_{infty}$ 控制的基本框架，而是深入剖析了其背后的矩阵不等式（LMI）求解原理，并且对经典IMC（内部模型控制）与先进的预测控制（MPC）进行了细致的横向对比。阅读这些章节时，我仿佛置身于一个高级研讨班，作者对前沿研究动态的把握非常精准，能够清晰地指出当前控制领域面临的挑战以及理论上的最新进展。对于那些希望从“会用”进阶到“理解设计哲学”的工程师而言，这部分的贡献是无法估量的。它要求读者具备较强的数学功底，但同时，清晰的推导路径保证了只要投入足够的时间和精力，最终一定能掌握其精髓，而不是仅仅停留在公式的表面模仿。