控製工程基礎(第3版)(機電控製工程係列教材) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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俠名 著

圖書標籤:

• 控製工程
• 控製理論
• 自動控製
• 機電控製
• 係統分析
• 數學模型
• 傳遞函數
• 穩定性
• 控製係統設計
• 經典控製

店鋪： 夜語笙簫圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302199816

商品編碼：29729761876

包裝：平裝

齣版時間：2009-06-01

基本信息

書名：控製工程基礎(第3版)(機電控製工程係列教材)

定價：39.00元

作者：俠名

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2009-06-01

ISBN：9787302199816

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.581kg

編輯推薦

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內容提要

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本教材是在董景新、趙長德等編著的《控製工程基礎（第2版）》的基礎上，引入近年來相關內容的發展重新編寫的，主要麵嚮機械類、儀器類及其他非控製專業本科生，被列入普通高等教育“十一五”*規劃教材。主要內容包括控製係統的動態數學模型、時域瞬態響應分析、控製係統的頻率特性、控製係統的穩定性分析、控製係統的誤差分析和計算、控製係統的綜閤與校正、根軌跡法、控製係統的非綫性問題、計算機控製係統。該教材突齣機械運動作為主要控製對象，並對其數學模型和分析綜閤重點作瞭介紹；著重基本概念的建立和解決機電控製問題的基本方法的闡明, 並簡化或略去瞭與機電工程距離較遠、較艱深的嚴格數學推導內容；引入和編寫瞭較多的例題和習題,便於自學。本教材融入瞭有關的機電一體化新技術和新分析方法，可供相關領域的科技人員參考。同時，為瞭配閤本教材的使用，還製作瞭《控製工程基礎實驗指導》、教師用《控製工程基礎習題解》和多媒體課件，以供選用。

目錄

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1 概論
1.1 控製理論在工程中的應用和發展
　1.2 自動控製係統的基本概念
　1.3 控製理論在機械製造工業中的應用
　1.4 課程主要內容及學時安排
　例題及習題
2 控製係統的動態數學模型
　2.1 基本環節數學模型
　2.2 數學模型的綫性化
　2.3 拉氏變換及反變換
　2.4 傳遞函數以及典型環節的傳遞函數
　2.5 係統函數方塊圖及其簡化
　2.6 係統信號流圖及梅遜公式
　2.7 受控機械對象數學模型
　2.8 繪製實際物理係統的函數方塊圖
　2.9 控製係統數學模型的MATLAB實現
　2.10 狀態空間方程的基本概念
　例題及習題
3 時域瞬態響應分析
　3.1 時域響應以及典型輸入信號
　3.2 一階係統的瞬態響應
　3.3 二階係統的瞬態響應
　3.4 時域分析性能指標
　3.5 高階係統的瞬態響應
　3.6 藉助MATLAB進行係統時間響應分析
　3.7 時域瞬態響應的實驗方法
　例題及習題
4 控製係統的頻率特性
　4.1 機電係統頻率特性的概念及其基本實驗方法
　4.2 極坐標圖
　4.3 對數坐標圖
　4.4 由頻率特性麯綫求係統傳遞函數
　4.5 由單位脈衝響應求係統的頻率特性
　4.6 對數幅相特性圖
　4.7 控製係統的閉環頻響
　4.8 機械係統動剛度的概念
　4.9 藉助MATLAB進行控製係統的頻域響應分析
　4.10 小結
　例題及習題
5 控製係統的穩定性分析
　5.1 係統穩定性的基本概念
　5.2 係統穩定的充要條件
　5.3 代數穩定性判據
　5.4 乃奎斯特穩定性判據
　5.5 應用乃奎斯特穩定性判據分析延時係統的穩定性
　5.6 由伯德圖判斷係統的穩定性
　5.7 控製係統的相對穩定性
　5.8 藉助MATLAB分析係統穩定性
　5.9 李雅普諾夫穩定性方法
　例題及習題
6 控製係統的誤差分析和計算
　6.1 穩態誤差的基本概念
　6.2 輸入引起的穩態誤差
　6.3 乾擾引起的穩態誤差
　6.4 減小係統誤差的途徑
　6.5 動態誤差係數
　例題及習題
7 控製係統的綜閤與校正
8 根軌跡法
9 控製係統的非綫性問題
10 計算機控製係統
附錄A 拉普拉斯變換錶
附錄B 高階優模型佳頻比的證明
習題參考答案
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《自動控製原理：係統分析與設計》 內容簡介 本書係統地闡述瞭自動控製的基本理論、分析方法和設計技術，是理解和掌握現代控製工程精髓的必讀之作。全書共分為十四章，邏輯清晰，結構嚴謹，內容全麵，由淺入深，循序漸進，力求使讀者在掌握紮實的理論基礎的同時，培養齣解決實際工程問題的能力。 第一部分：係統建模與時域分析 本書伊始，我們將帶領讀者走進自動控製的世界，從係統建模入手，這是理解和分析任何控製係統的基礎。 第一章 緒論 本章將首先介紹自動控製的概念、發展曆程及其在各個領域的廣泛應用，幫助讀者建立對自動控製的宏觀認識。接著，我們將探討自動控製係統的基本組成，如控製器、被控對象、傳感器、執行器等，並初步瞭解反饋控製和開環控製的區彆與聯係。最後，將引入係統建模的重要性，以及建立數學模型的幾種常用方法，為後續章節的學習奠定基礎。 第二章 綫性係統與數學模型 本章將聚焦於綫性定常（LTI）係統的數學描述。我們將詳細講解如何將物理係統（如機電係統、熱力係統、流體係統等）轉化為代數方程、微分方程或傳遞函數。重點在於微分方程的時域錶示、傳遞函數的定義及其性質，包括係統階數、增益、時間常數等參數的物理意義。此外，還將介紹係統的輸入-輸齣關係，以及如何通過拉普拉斯變換將時域的微分方程轉化為復頻域的代數方程，為後續的係統分析奠定基礎。 第三章 動態響應分析 理解係統的動態響應是評價控製係統性能的關鍵。本章將深入分析係統在經典輸入信號（如單位階躍、單位斜坡、單位衝激等）作用下的時域響應。我們將詳細推導和分析一階和二階係統的時域響應麯綫，講解自然振蕩頻率、阻尼比、峰值時間、超調量、調節時間等重要性能指標的含義及其與係統參數的關係。通過對這些指標的理解，讀者將能夠初步判斷係統的穩定性、快速性和準確性。 第四章 穩定性分析 穩定性是自動控製係統最基本的要求。本章將詳細介紹係統的穩定性概念，並重點講解幾種判彆係統穩定性的方法。我們將首先介紹代數穩定判據，如勞斯-赫爾維茨判據，它允許我們在不求解特徵方程的情況下，判斷係統的特徵根是否都在復平麵的左半平麵。隨後，我們將引入李雅普諾夫穩定性理論，這是一種更為普適的穩定性分析方法，適用於綫性和非綫性係統，並介紹其基本思想和應用。 第二部分：頻率響應分析與係統校正 在掌握瞭時域分析的基礎上，本部分將引入頻率響應的概念，並在此基礎上探討係統的性能分析和校正方法。 第五章 頻率響應分析 本章將從時域分析過渡到頻域分析，介紹係統的頻率響應特性。我們將講解如何通過輸入正弦信號，分析係統的輸齣信號幅值和相位的變化，從而得到係統的幅頻特性和相頻特性。本書將詳細介紹奈奎斯特圖、伯德圖等頻率響應圖的繪製方法及其在係統分析中的作用。通過分析這些圖，可以直觀地瞭解係統的增益裕度和相裕度，從而評估係統的穩定性。 第六章 根軌跡法 根軌跡法是一種非常直觀的分析和設計方法，它能夠直觀地展示係統閉環極點隨開環增益變化而變化的軌跡。本章將詳細講解繪製根軌跡的法則，包括漸近綫、起終點、轉摺點、虛軸穿越等。通過根軌跡圖，我們可以方便地調整係統參數以獲得期望的閉環性能，並分析係統的穩定性邊界。 第七章 閉環係統校正 實際控製係統往往無法直接滿足性能要求，需要通過引入校正裝置來改善其性能。本章將重點介紹如何利用串聯校正、並聯校正和反饋校正等方法來改善係統的動態性能和穩態性能。我們將詳細講解比例（P）控製器、比例-積分（PI）控製器、比例-微分（PD）控製器和比例-積分-微分（PID）控製器的原理、作用以及如何根據係統特性選擇和整定控製器參數，使其達到最優性能。 第三部分：狀態空間分析與現代控製理論 本部分將引入更為先進的狀態空間方法，這是現代控製理論的核心，能夠處理更復雜的係統。 第八章 狀態空間方法 本章將介紹自動控製係統另一種重要的數學模型——狀態空間模型。我們將講解狀態嚮量、狀態方程和輸齣方程的定義，以及如何從傳遞函數模型轉換為狀態空間模型，反之亦然。狀態空間方法能夠更全麵地描述係統的內部動態，並且非常適閤計算機處理。我們將介紹係統的可控性和可觀測性概念，這兩個是設計狀態反饋控製器和狀態觀測器的前提。 第九章 狀態反饋與狀態觀測器 基於狀態空間模型，本章將深入探討狀態反饋控製和狀態觀測器的設計。我們將講解狀態反饋的原理，以及如何通過極點配置來設計狀態反饋增益矩陣，從而使閉環係統達到期望的性能。當係統的狀態嚮量無法直接測量時，需要設計狀態觀測器來估計係統的狀態。本章將介紹狀態觀測器的基本原理，以及如何設計觀測器增益，使估計誤差收斂。 第十章 PID 控製器設計 PID控製器是工業中最常用、最經典的控製器。本章將對PID控製器的設計進行更深入的探討。我們將迴顧PID控製器的基本結構和原理，並重點介紹多種PID參數整定方法，包括試湊法、Ziegler-Nichols方法、內模控製（IMC）方法等。同時，還將討論PID控製器在實際應用中的各種改進和優化，如抗積分飽和、抗微分先行等，以提高其魯棒性和性能。 第四部分：非綫性係統與數字控製 本部分將拓展自動控製的範疇，介紹非綫性係統的分析方法以及日益重要的數字控製技術。 第十一章 非綫性係統的分析 本章將介紹非綫性係統的基本概念和特點。我們將探討非綫性係統可能齣現的特殊現象，如飽和、死區、滯環等，以及它們對係統性能的影響。我們將引入幾種分析非綫性係統的方法，包括相平麵法、李雅普諾夫第二方法等，幫助讀者理解非綫性係統的行為。 第十二章 離散時間係統 隨著計算機技術的發展，數字控製係統得到瞭廣泛應用。本章將介紹離散時間係統的基本理論。我們將講解離散時間係統的采樣過程，以及如何利用Z變換將連續時間係統轉化為離散時間係統。我們將分析離散時間係統的動態響應和穩定性，並介紹離散時間係統的傳遞函數和狀態空間模型。 第十三章 數字控製器設計 本章將重點介紹數字控製器的設計方法。我們將探討如何將連續時間控製器（如PID控製器）轉化為數字控製器，並介紹幾種直接在離散域進行控製器設計的方法，如脈衝響應不變法、階躍響應不變法等。本章還將觸及數字控製係統中的一些實際問題，如采樣周期選擇、量化誤差等。 第十四章 係統辨識與魯棒控製 本章將對自動控製領域的一些高級課題進行介紹。首先，係統辨識是當被控對象模型未知時，從實驗數據中建立模型的重要技術。我們將介紹幾種常用的係統辨識方法。其次，魯棒控製旨在設計控製器，使其在係統模型不確定或存在擾動時仍能保持良好的性能。本章將簡要介紹魯棒控製的基本思想和一些常用方法。 本書特色 理論與實踐相結閤： 本書在講解理論知識的同時，注重與實際工程應用的結閤，通過豐富的實例和習題，幫助讀者將所學知識轉化為解決實際問題的能力。 內容全麵而深入： 涵蓋瞭自動控製領域的基礎理論和主要分析設計方法，同時觸及瞭現代控製理論和數字控製等前沿領域。 數學推導嚴謹： 各類分析方法的推導過程清晰明瞭，邏輯嚴謹，便於讀者理解。 圖文並茂： 大量采用圖錶、麯綫等可視化手段，直觀地展示係統特性和分析結果，降低瞭學習難度。 語言通俗易懂： 盡管涉及復雜的數學概念，但本書力求語言通俗易懂，避免使用過於晦澀的專業術語，使不同背景的讀者都能有效學習。 目標讀者 本書適閤於高等院校自動化、電氣工程、機械工程、航空航天工程、電子信息工程等相關專業的本科生和研究生，也可作為從事自動控製工程技術人員的參考書。通過對本書的學習，讀者將能夠構建、分析和設計各類自動控製係統，為進一步深入研究或從事相關工作打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本《控製工程基礎（第3版）》簡直是為我們這些初入控製領域的新手量身定做的，我必須說，光是看目錄就已經讓人感到踏實瞭不少。這本書的編寫風格非常注重基礎概念的建立，它沒有一開始就拋齣那些讓人眼花繚亂的復雜數學模型，而是用非常清晰的語言，一步步引導我們理解什麼是反饋控製，為什麼需要它。我記得第一次接觸到傳遞函數和根軌跡這些概念時，感覺像是在攀登一座陡峭的山峰，但這本書的作者似乎深諳“因材施教”之道，他們通過大量的實例和圖示，將抽象的數學工具具象化瞭。特彆是關於係統的時域響應分析那幾章，作者不僅解釋瞭超調、調節時間和穩態誤差的物理意義，還配有仿真結果的對比圖，這對於我這種需要直觀感受理論的讀者來說，簡直是雪中送炭。讀完前幾章，我對控製係統的“脾氣秉性”有瞭一個大緻的瞭解，不再是那種隻知道套公式卻不知其所以然的“半吊子”狀態。它讓我明白，控製工程不僅僅是數學的堆砌，更是一門關於如何讓係統穩定、高效運行的藝術。那種由迷茫到豁然開朗的感覺，真是讓人欲罷不能。

評分☆☆☆☆☆

坦率地說，我對控製係統中的數學嚴謹性是有一定要求的，畢竟這是一門硬核的工程學科。這本《控製工程基礎（第3版）》在保證工程應用直觀性的同時，對數學基礎的論述也拿捏得相當到位。它並沒有為瞭迎閤“快餐式”學習而犧牲掉理論的深度。例如，在討論係統穩定性時，李雅普諾夫（Lyapunov）穩定性理論的介紹，雖然篇幅相對精煉，但核心思想和判據的推導過程是完整且嚴謹的。對於那些希望未來在控製領域深造或者從事高精度算法研究的讀者而言，這本書提供瞭非常堅實的理論基石。我尤其喜歡作者在證明某些定理時，會穿插一些“工程背景注釋”，提醒我們這個數學結論在實際應用中意味著什麼，比如“這個判據保證瞭係統在所有可能齣現的初始擾動下都不會失穩”。這種理論與實踐的無縫對接，使得學習過程充滿瞭意義，讓人感覺自己正在掌握的是一套完整的、有生命力的科學工具，而非孤立的公式集。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的另一個深刻印象是它對於“不確定性”和“魯棒性”的探討，這體現瞭第三版相對於前幾版的進步和與時俱進。在當今的工程實踐中，任何係統都不可能是完美的理想模型，環境噪聲、元件老化、模型簡化都會帶來誤差。這本書沒有迴避這些現實問題，而是很早就引入瞭擾動和不確定性對係統性能的影響分析。例如，在介紹根軌跡法時，作者會引導讀者思考，如果係統的增益K有一個小的變化範圍，係統的閉環極點會如何漂移，從而評估設計的“容錯性”。這種前瞻性的討論，讓我的思維不再局限於“理想情況下的最優設計”，而是開始培養一種“工程上的穩健思維”。這種思維方式是區分理論工作者和優秀工程師的關鍵點。它教會我，一個好的控製係統設計，不僅要性能好，更重要的是“抗乾擾”能力強，這使得這本書的價值超越瞭一般的入門教材，成為瞭一本能夠培養係統性工程思維的寶典。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖文質量，著實讓人感到驚喜，這在很多理工科教材中是難得的。翻開這本書，首先映入眼簾的不是密密麻麻的文字，而是清晰、專業且富有邏輯性的圖錶。那些Bode圖、Nyquist圖的繪製和解讀部分，綫條流暢，關鍵區域的標注極其精準，即便是初次接觸頻率響應分析的人，也能迅速捕捉到係統的穩定裕度和帶寬等關鍵信息。更值得稱贊的是，作者在引入新概念時，總是會先迴顧前一個知識點是如何鋪墊的，形成一個知識的閉環。例如，在過渡到現代控製時，它沒有生硬地拋棄經典控製，而是用“狀態變量”這個新視角，重新審視瞭傳遞函數和極點零點的關係，這種“溫故而知新”的編排方式，極大地減輕瞭讀者的認知負擔。我個人的閱讀習慣是喜歡在書頁邊緣做筆記，這本書的紙張質量和留白設計非常友好，讓我的學習過程變得更加連貫和愉快，而不是總在與書本的“物理交互”上感到彆扭。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我對教材的實用性要求一嚮很高，很多理論書讀起來就像在看天書，最終束之高閣。但這本第三版《控製工程基礎》在這方麵做得尤為齣色。它不像某些教材那樣，隻停留在理論的象牙塔裏，而是緊密結閤實際工程中的應用場景。比如，在講到現代控製理論的基礎，比如狀態空間錶示法時，作者沒有僅僅停留在矩陣運算上，而是巧妙地將橋梁和機械臂的運動控製作為例子，讓我們體會到狀態變量是如何描述一個真實物理係統的動態行為的。我特彆欣賞它在“控製器設計”這一章的處理方式，PID控製器雖然經典，但如何根據實際係統的特性來整定參數（K_p, K_i, K_d）一直是我的痛點。這本書提供瞭一種非常係統的、可操作的流程圖，從Ziegler-Nichols法到基於性能指標的優化設計，每一步都有清晰的數學推導和工程上的考量。讀到後麵，我甚至嘗試用書中的方法去分析我們實驗室裏那個小型伺服電機係統，那種將書本知識轉化為解決實際問題能力的成就感，是其他任何學習體驗都無法比擬的。