自動控製原理及應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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廉振芳 等 著

圖書標籤:

• 自動控製
• 控製原理
• 自動控製係統
• 反饋控製
• 係統分析
• 建模
• 仿真
• MATLAB
• 工程控製
• 控製工程

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齣版社： 北京理工大學齣版社

ISBN：9787564065010

商品編碼：29762942409

包裝：平裝

齣版時間：2012-08-01

基本信息

書名：自動控製原理及應用

定價：46.00元

作者：廉振芳 等

齣版社：北京理工大學齣版社

齣版日期：2012-08-01

ISBN：9787564065010

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.341kg

編輯推薦

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廉振芳等編著的《自動控製原理及應用》重點介紹瞭自動控製原理的經典控製理論部分，內容包括：自動控製係統的基本概念，自動控製係統的數學模型，自動控製係統的時域分析法，控製係統的頻域分析法，自動控製係統的校正和自動控製原理的應用等。本書可作為高職高專自動控製相關專業的教材。

內容提要

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目錄

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章 緒論 1.1 自動控製理論概述 1.2 自動控製係統的基本概念 1.2.1 自動控製係統的基本原理和基本概念 1.2.2 自動控製係統的控製方式 1.2.3 自動控製係統的組成 1.2.4 自動控製係統舉例 1.3 自動控製係統的分類 1.3.1 按輸入信號變化的規律分類 1.3.2 按係統傳輸信號對時間的關係分類 1.3.3 按係統的輸齣量和輸入量間的關係分類 l.3.4 按係統中的參數對時間的變化情況分類 1.4 對自動控製係統的基本要求 1.5 自動控製係統實例分析 本章小結與練習第2章 拉普拉斯變換及其應用 2.1 拉普拉斯變換的概念 2.1.1 定義 2.1.2 常見函數的拉氏變換 2.2 常用的性質和定理 2.2.1 綫性性質 2.2.2 微分定理 2.2.3 積分定理 2.2.4 位移性質(也稱復位移性質) 2.2.5 延遲定理(也稱實位移性質) 2.2.6 初值定理 2.2.7 終值定理 2.3 拉氏反變換 本章小結與練習第3章 控製係統的數學模型 3.1 控製係統的微分方程 3.1.1 電路係統 3.1.2 綫性定常微分方程的求解 3.2 傳遞函數 3.2.1 傳遞函數的基本概念 3.2.2 傳遞函數的定義 3.2.3 傳遞函數的性質 3.2.4 傳遞函數的求法 3.3 典型環節的數學模型及其動態響應 3.3.1 比例環節 3.3.2 積分環節 3.3.3 微分環節 3.3.4 慣性環節 3.3.5 振蕩環節 3.3.6 延遲環節 3.4 控製係統的動態結構圖 3.4.1 動態結構圖 3.4.2 動態結構圖的繪製 3.4.3 動態結構圖的等效變換和化簡 3.4.4 信號流圖與梅遜公式 3.5 自動控製係統的傳遞函數 3.5.1 閉環控製係統的開環傳遞函數 3.5.2 給定輸入信號R(s)作用下的閉環傳遞函數 3.5.3 擾動信號Ⅳ(s)作用下的閉環傳遞函數 3.5.4 閉環係統的誤差傳遞函數 本章小結與練習 任務訓練1 任務訓練2第4章 時域分析法 4.1 典型輸入信號及性能指標 4.1.1 典型輸入信號 4.1.2 典型初始狀態 4.1.3 典型時間響應 4.1.4 係統性能指標的定義 4.2 一階係統分析 4.2.1 一階係統的數學模型 4.2.2 一階係統的單位階躍響應 4.2.3 一階係統的單位階躍響應的性能指標 4.3 二階係統分析 4.3.1 二階係統的數學模型 4.3.2 二階係統的特徵根及性質 4.3.3 二階係統的單位階躍響應 4.4 係統穩定性分析 4.4.1 穩定的基本概念 4.4.2 穩定的數學條件 4.4.3 勞斯判據 4.5 係統穩態誤差分析 4.5.1 誤差與穩態誤差 4.5.2 穩態誤差計算 4.5.3 係統型彆 4.5.4 典型輸入信號r(t)作用下的穩態誤差與靜態誤差係數 4.5.5 乾擾n(t)作用下的穩態誤差 本章小結與練習 任務訓練3 任務訓練4第5章 控製係統的頻域分析法 5.1 係統頻率特性的基本概念 5.1.1 基本概念 5.1.2 頻率特性的性質 5.1.3 頻率特性的圖形錶示方法 5.2 典型環節的頻率特性 5.3 係統開環對數頻率特性麯綫的繪製 5.3.1 係統開環對數頻率特性及繪製步驟 5.3.2 係統開環對數頻率特性繪製舉例 5.4 係統穩定性的頻域分析 5.4.1 奈奎斯特穩定判據 5.4.2 對數頻率穩定判據 5.4.3 穩定裕量 5.4.4 動態性能的頻域分析 5.4.5 典型係統頻域分析 本章小結與練習 任務訓練5第6章 根軌跡法 6.1 根軌跡與根軌跡方程 6.1.1 根軌i亦的基本概念 6.1.2 根軌跡方程 6.2 繪製根軌跡的基本法則 6.2.1 根軌跡的個數 6.2.2 根軌跡的對稱性 6.2.3 根軌跡的起點和終點 6.2.4 實軸上的根軌跡 6.2.5 根軌跡的漸近綫 6.2.6 起始角與終止角 6.2.7 分離點 6.2.8 分離角與會閤角 6.2.9 虛軸交點 6.2.10 根之和 6.3 控製係統的根軌跡分析法 6.3.1 閉環零、極點與階躍響應的定 6.3.2 利用主導極點估算係統性能指標 6.3.3 根軌跡的改造對係統的影響 6.3.4 根軌跡法係統動態特性中的應用 本章小結與練習第7章 自動控製係統的校正 7.1 係統校正概述 7.1.1 係統校正的基本概念 7.1.2 係統校正的方式 7.1.3 常用校正裝置 7.1.4 係統指標的確定 7.2 串聯校正 7.2.1 比例(P)校正 7.2.2 比例一微分(PD)校正 7.2.3 比例一積分(PI)校正 7.2.4 比例一積分一微分(PID)校正 7.3 反饋校正 7.3.1 反饋校正的原理 7.3.2 反饋校正的分類與應用 7.4 復閤校正 7.4.1 按輸入補償的復閤校正 7.4.2 按擾動補償的復閤校正 7.5 自動控製係統的一般設計方法 7.5.1 自動控製係統設計的基本步驟 7.5.2 係統固有部分開環頻率特性的確定 7.5.3 係統預期開環對數頻率特性的確定 本章小結與練習第8章 直流調速係統 8.1 單閉環轉速負反饋晶閘管直流調速係統 8.1.1 係統的組成 8.1.2 係統的框圖 8.1.3 係統的自動調節過程 8.1.4 係統的性能分析 8.2 轉速電流雙閉環直流調速係統 8.2.1 雙閉環直流調速係統的組成 8.2.2 係統動態結構圖 8.2.3 雙閉環直流調速係統的工作原理和自動調節過程 8.2.4 係統性能分析 8.2.5 係統的穩定性分析 8.2.6 雙閉環直流調速係統的優點 8.2.7 給定積分器的應用 8.3 任務訓練——轉速電流雙閉環直流調速係統設計實例 本章小結與練習 任務訓練6參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《現代控製理論在機器人技術中的應用》 書籍簡介 本書深入探討瞭現代控製理論在蓬勃發展的機器人技術領域中的關鍵作用及其具體實現。我們緻力於為讀者提供一個係統、全麵的視角，揭示如何運用先進的控製策略和算法，賦予機器人智能化、高精度、高魯棒性的運動能力和自主決策能力。本書不僅涵蓋瞭機器人控製的經典理論，更側重於現代控製方法如何解決實際工程問題，推動機器人性能的飛躍。 第一部分：現代控製理論基礎迴顧與機器人建模 在進入機器人特定控製理論之前，本書首先對現代控製理論中的核心概念進行係統梳理，為讀者建立堅實的理論基礎。我們將從以下幾個方麵展開： 狀態空間方法 revisited：重點迴顧狀態空間方程的建立、係統解耦、可控性和可觀測性分析。強調理解機器人係統的內部動態和外部輸入輸齣關係對於設計有效控製器至關重要。我們將通過具體機器人關節動力學模型，演示如何精確地建立其狀態空間錶示，例如多自由度機械臂的拉格朗日方程推導及其綫性化處理。 綫性二次型調節器 (LQR)：詳細闡述LQR的設計原理，包括性能指標的權衡，即如何通過調整狀態和控製輸入權值矩陣來平衡係統響應速度、能量消耗和控製精度。我們將分析LQR在機器人軌跡跟蹤和姿態穩定控製中的優勢，以及如何根據不同機器人的運動特性和任務需求來優化LQR增益。 卡爾曼濾波 (Kalman Filter)：深入講解卡爾曼濾波器的遞推算法，包括預測和更新兩個階段。重點在於如何利用模型信息和測量噪聲來估計機器人的真實狀態（如位置、速度、姿態），並討論其在去除傳感器噪聲、提高狀態估計精度方麵的作用。我們將以移動機器人為例，演示如何融閤輪式編碼器和IMU數據，構建一個有效的卡爾曼濾波器來精確估計機器人的位姿。 模型預測控製 (MPC)：詳細介紹MPC的基本框架，包括滾動優化、預測模型和約束處理。我們將重點分析MPC如何處理多輸入多輸齣(MIMO)係統、非綫性係統以及具有狀態和輸入約束的機器人。通過仿真和案例分析，展示MPC在路徑規劃、避障和能量最優控製中的強大能力。 機器人動力學建模：係統介紹不同類型的機器人動力學建模方法，包括牛頓-歐拉法和拉格朗日法。我們將詳細推導典型機器人（如串聯機械臂、並聯機器人、人形機器人）的運動方程，並討論模型參數辨識的挑戰與方法。重點在於如何得到精確的動力學模型，為後續的控製設計提供依據。我們將探討簡化模型（如忽略摩擦、慣量變化）對控製性能的影響。 第二部分：先進控製策略在機器人中的應用 本部分將聚焦於將現代控製理論應用於解決機器人技術中的具體控製問題，涵蓋從低層運動控製到高層決策控製的多個層麵。 基於LQR的機器人關節控製：詳細介紹如何針對機器人多關節係統的耦閤動力學，設計多通道LQR控製器，實現各關節的精確位置、速度和力矩控製。我們將討論如何進行增益調度，以適應機器人工作空間中的不同動力學特性。 滑模變結構控製 (Sliding Mode Control, SMC)：深入講解SMC的設計理念，包括滑模麵的選取、切換函數的設計以及魯棒性分析。重點在於SMC如何剋服模型不確定性、外部乾擾對機器人係統的影響，實現高精度的跟蹤和定位。我們將分析SMC在機器人末端執行器精確操作、力控等方麵的應用，並探討抖振抑製技術。 自適應控製在機器人中的應用：介紹自適應控製的核心思想，即控製器參數能夠根據係統性能的下降或環境的變化而自動調整。我們將重點分析模型參考自適應控製 (MRAC) 和自適應律的收斂性分析。重點闡述自適應控製如何解決機器人由於負載變化、部件磨損等引起的動力學參數變化問題，例如在工業機器人抓取不同重量物體時的自適應力控。 模糊邏輯控製與神經網絡控製：探討如何利用模糊邏輯的“模糊”推理能力和神經網絡的學習能力來設計能夠處理復雜非綫性係統和不確定環境的機器人控製器。我們將展示如何將模糊邏輯與PID控製相結閤，以及如何利用神經網絡對機器人動力學進行辨識和預測。重點在於這些方法如何處理難以建模的係統特性，並實現更智能化的控製。 模型預測控製在機器人路徑規劃與避障中的應用：詳細闡述MPC如何在綫生成平滑、無碰撞的機器人運動軌跡。我們將分析MPC在處理機器人運動約束（如最大速度、加速度、轉彎半徑）和環境障礙物約束方麵的能力。通過仿真，展示MPC如何在動態環境中實時規劃最優路徑，並進行平滑避障。 力/阻抗控製在機器人交互中的應用：深入研究機器人與環境交互時的力控製和阻抗控製。我們將詳細介紹基於模型的力/阻抗控製方法，以及如何通過調整控製參數實現機器人“柔順”或“剛性”的交互行為。重點分析其在裝配、打磨、人機協作等任務中的重要性。 基於學習的機器人控製：初步介紹強化學習 (RL) 和模仿學習 (IL) 在機器人控製領域的最新進展。我們將探討RL如何通過試錯學習來優化機器人控製策略，以及IL如何從人類演示中學習復雜的運動技能。雖然這部分內容偏嚮前沿，但將勾勒齣未來機器人控製的發展方嚮。 第三部分：機器人控製係統的實現與驗證 本部分將關注現代控製理論在實際機器人係統中的落地，包括軟硬件協同設計、仿真驗證以及實際測試。 實時操作係統 (RTOS) 在機器人控製中的作用：介紹RTOS如何為機器人控製係統提供時間確定性、高優先級任務調度和並發處理能力，保證控製指令的及時執行。 嵌入式係統設計與硬件選型：討論適用於機器人控製的嵌入式硬件平颱（如DSP、FPGA、高性能MCU）及其外設（如編碼器接口、ADC、PWM輸齣）。 仿真技術與虛擬測試：強調仿真在機器人控製係統開發中的重要性，包括使用MATLAB/Simulink、ROS等工具進行模型仿真、控製器調試和性能評估。我們將介紹如何構建高保真度的機器人仿真環境，並進行詳細的性能指標分析。 實際係統集成與調試：分享在真實機器人平颱上進行控製算法集成、參數整定和係統調試的經驗。我們將討論實際係統中可能遇到的挑戰，如傳感器延遲、執行器非綫性、通信問題等，以及相應的解決策略。 實驗案例分析：本書將貫穿多個實際的機器人控製實驗案例，例如： 多自由度機械臂的精確軌跡跟蹤實驗：使用LQR和MPC分彆設計控製器，比較其在跟蹤復雜軌跡時的性能。 移動機器人的自主導航與避障實驗：結閤卡爾曼濾波、MPC和傳感器數據，實現機器人在未知環境中的自主導航。 人機協作機械臂的力控交互實驗：設計阻抗控製器，實現機器人與操作者的安全、高效交互。 目標讀者 本書適閤以下讀者： 機器人工程專業學生：作為教材或參考書，幫助學生理解和掌握現代控製理論在機器人領域的應用。 從事機器人研發的工程師：為工程師提供解決實際機器人控製問題的理論指導和技術工具。 自動化、機械、電子等相關領域的從業人員：對機器人控製技術感興趣，希望拓展知識麵的讀者。 對智能製造、人工智能等領域有深入研究需求的讀者。 本書特點 理論與實踐緊密結閤：將抽象的控製理論與具體的機器人應用場景相結閤，使讀者能夠理解理論的實際價值。 循序漸進，由淺入深：從基礎理論迴顧到前沿技術探討，內容安排閤理，易於不同背景的讀者理解。 豐富的工程案例與仿真示例：通過實際案例和仿真演示，加深讀者對控製算法的理解，並提供工程實踐的參考。 強調魯棒性與適應性：重點關注如何設計具有良好魯棒性和適應性的控製器，以應對機器人係統的不確定性和動態變化。 前瞻性視角：不僅關注現有技術，也對機器人控製的未來發展趨勢進行展望。 通過研讀本書，讀者將能夠深刻理解現代控製理論如何賦能機器人技術，並掌握設計、實現和優化機器人控製係統的核心能力，為推動機器人技術的創新和應用奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

我花瞭整整一周的時間來消化前幾章內容，最大的感受是作者的敘述方式極其嚴謹，邏輯鏈條如同瑞士機械錶般精密無縫。他沒有采用那種浮於錶麵的泛泛而談，而是從最基本的數學模型建立開始，層層遞進，深入到時域和頻域分析的每一個細節。例如，在講解根軌跡法時，作者沒有僅僅羅列規則，而是從復數平麵上的相位和幅值條件齣發，一步步推導齣判斷麯綫走嚮的依據，每一步的推導過程都詳略得當，沒有一處跳躍性的結論，讓人可以完全跟上作者的思路，仿佛自己也在親手推導這些重要的定理。對於那些習慣瞭“拿來即用”的學習者來說，這種深度可能會帶來一定的挑戰，但對於真正想紮根於控製理論基礎、理解“為什麼是這樣”的讀者而言，這種紮實的論證過程是無價的。我尤其欣賞作者在引入新概念時，總會先迴顧前置知識，確保讀者已經完全掌握瞭基礎，纔開始構建更復雜的理論大廈，這種循序漸進的教學法，真正體現瞭對教學規律的深刻理解。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計真是讓人眼前一亮，封麵采用瞭一種沉穩的深藍色調，配上燙金的書名和作者信息，顯得專業而不失格調。拿到手裏能明顯感覺到紙張的厚實和質感，印刷清晰，字跡工整，排版布局閤理，閱讀起來非常舒適，長時間翻閱也不會感到眼睛疲勞。尤其值得稱贊的是，書中大量的圖錶和公式推導部分，綫條流暢，標注明確，即便是復雜的係統框圖，也能一目瞭然。這對於我們這些需要經常對照原理圖進行分析和設計的工程師來說，無疑是一個巨大的加分項。翻閱過程中，我注意到一些關鍵概念的插圖繪製得尤為精妙，它們不僅僅是示意圖，更像是一種藝術創作，將抽象的控製理論具象化，極大地降低瞭初學者的理解門檻。這種對細節的極緻追求，體現瞭齣版社在書籍製作上的專業水準和對讀者的尊重，讓人在閱讀技術內容的同時，也能享受到一種高品質的閱讀體驗。可以說，這本書在視覺和觸覺上都達到瞭專業教材的上乘水準，讓人願意一頁一頁地深入探索其中的知識寶庫。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗上，這本書的另一大亮點在於其對不同知識點的關聯性和係統性的闡述。很多控製理論的書籍往往將時域分析、頻域分析、現代控製理論等模塊割裂開來，導緻讀者在應用時難以形成一個統一的認知框架。然而，這本書巧妙地通過“狀態空間”這個核心概念，將各種分析方法串聯起來。作者在引入狀態空間錶示法時，清晰地闡述瞭它如何統一和概括瞭傳統的傳遞函數方法，並為後續的現代控製理論，如可控性、可觀測性分析奠定瞭堅實的基礎。這種“宏觀視野”的構建，極大地幫助我梳理瞭腦海中那些零散的知識點，使其不再是孤立的公式和圖形，而是一個相互支撐、有機整體的知識體係。每次當我迴顧某個舊章節時，都能從中發現與當前學習內容之間的微妙聯係，這種知識的交織和互補，讓學習過程充滿瞭發現的樂趣，極大地提升瞭學習效率和深度理解。

評分☆☆☆☆☆

這本書在案例應用部分的深度和廣度，遠遠超齣瞭我之前的預期。我原本以為這會是一本偏重理論推導的教科書，但事實證明，作者在理論和實踐之間架設瞭一座堅實的橋梁。書中收錄的幾個工業控製案例，從伺服係統的精確跟蹤到過程控製的穩定性設計，每一個案例都選取瞭極具代錶性的實際工程問題。更重要的是，作者沒有僅僅給齣最終的係統參數，而是詳細展示瞭如何根據實際工況數據，選擇閤適的控製器結構，如何進行參數的迭代優化，甚至包括瞭實際係統中的非綫性環節和外部乾擾如何被納入模型進行補償。我將書中某一個關於電機速度控製的案例，對照我正在進行的項目進行瞭模擬驗證，發現書中提齣的PID優化策略，比我之前采用的經驗方法，在快速響應和超調抑製方麵都有顯著提升。這種將理論轉化為可操作步驟的描述，對於一綫工程師來說，具有極高的實戰指導價值，它讓那些高深的數學工具真正落地生根，展現瞭其強大的解決實際問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

不得不提的是，這本書在引入一些前沿或難度較高的概念時所采用的“軟著陸”策略。例如，對於李雅普諾夫穩定性判據這種在本科階段常常一帶而過的內容，作者沒有簡單地拋齣結論，而是花費瞭大量的篇幅，通過一個簡單的二階非綫性係統實例，形象地展示瞭能量函數（或稱二次型函數）在判斷係統長期行為中的作用。文字描述中充滿瞭類比和反問，引導讀者去思考，而不是被動接受。這種教學上的耐心和細緻，對於那些自學或者基礎稍弱的讀者來說，簡直是福音。它確保瞭讀者在嚮更復雜的領域邁進時，內心是充滿信心的，而不是被晦澀的數學符號嚇倒。可以說，這本書的作者不僅是一位該領域的專傢，更是一位非常齣色的“傳道授業者”，他懂得如何藝術性地包裝和呈現復雜的知識，讓學習過程既充滿挑戰性，又不失樂趣和成就感。