自动控制理论基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:戴忠达 编

出品人:

页数:580

译者:

出版时间:1991-1

价格:29.00元

装帧:平装

isbn号码:9787302007074

丛书系列:

图书标签:

• 课本
• 自控
• 自动控制
• 控制理论
• 经典控制
• 现代控制
• 系统分析
• 数学模型
• 传递函数
• 稳定性
• 频率响应
• 控制系统设计

《现代控制系统工程》 内容简介 《现代控制系统工程》是一部全面而深入地探讨现代控制理论及其在工程实践中应用的著作。本书旨在为读者提供一个扎实的理论基础，并引导他们掌握设计、分析和实现复杂控制系统的能力。本书内容丰富，覆盖了从经典控制到现代先进控制技术的广阔范畴，特别注重理论与实际的结合，以期培养具备解决实际工程问题能力的控制工程师。 第一部分：基础理论与经典控制 本书的开篇部分为读者构建了坚实的理论基础，详细回顾了控制系统分析与设计所必需的数学工具和基本概念。 数学工具回顾： 深入讲解了线性代数、微积分、复变函数等在控制系统建模和分析中的核心应用，包括向量空间、特征值与特征向量、拉普拉斯变换、傅里叶变换等。这些工具是理解后续章节内容的关键。 系统建模： 详细阐述了不同类型系统的数学建模方法，包括物理系统的机理建模（如力学、电路、热学、流体系统）和基于实验数据的辨识建模。重点介绍了线性常系数微分方程、传递函数、状态空间方程等描述方式，以及这些描述方式之间的相互转换。 时域分析： 深入探讨了系统在典型输入信号（如单位阶跃、单位斜坡、单位脉冲）下的瞬态响应和稳态响应。分析了系统的稳定性（Routh-Hurwitz判据）、超调量、上升时间、调节时间、稳态误差等性能指标，并提供了优化这些指标的设计思路。 频域分析： 引入了频率响应的概念，详细讲解了奈奎斯特图、伯德图、尼科尔斯图等频率响应图形的绘制与解读。通过频率域的分析，读者将能深刻理解系统的带宽、增益裕度和相位裕度，并掌握利用频率域工具进行系统稳定性判别和性能评估的方法。 根轨迹分析： 介绍了根轨迹的概念及其绘制方法，通过分析闭环系统极点随开环增益变化的轨迹，直观地展示了系统性能随参数变化的规律，为参数整定提供了重要的指导。 经典控制器设计： 在以上分析方法的基础上，本书详细介绍了比例（P）、积分（I）、微分（D）以及PI、PD、PID等经典控制器的工作原理、设计方法和优缺点。重点在于如何根据时域和频域的分析结果，以及系统的性能指标要求，选择和整定合适的PID控制器参数，以达到期望的控制效果。 第二部分：现代控制理论与状态空间方法 本部分是本书的核心内容之一，深入介绍了现代控制理论，特别是以状态空间描述为基础的控制系统分析与设计方法，这对于处理多输入多输出（MIMO）和非线性系统至关重要。 状态空间描述： 详细阐述了状态空间方程的数学形式，包括连续时间和离散时间系统的状态方程和输出方程。解释了状态向量的物理意义，以及状态空间模型在描述复杂系统方面的优势。 系统性质分析： 重点介绍了可控性和可观测性这两个现代控制理论中的基本概念，并推导了相应的判据（如Kalman可控性矩阵和可观测性矩阵）。深入分析了可控性和可观测性对系统控制器设计和状态估计的影响。 模态控制： 讲解了如何利用状态反馈来实现任意极点配置（模态控制），即通过调整状态反馈增益矩阵，使闭环系统的极点位于期望的位置，从而实现对系统动态特性的精确控制。 状态观测器设计： 考虑到实际系统中状态变量往往无法直接测量，本书详细介绍了状态观测器（Observer）的设计方法，特别是Luenberger观测器。讲解了如何设计一个观测器来估计系统的状态变量，并将其与状态反馈相结合，形成基于观测器的控制系统。 离散时间系统： 扩展了状态空间方法到离散时间系统，介绍了离散时间状态方程、Z变换在离散时间系统分析中的应用，以及离散时间系统的可控性、可观测性和模态控制。 第三部分：先进控制技术与鲁棒性设计 在掌握了基础的经典控制和现代控制理论后，本书进一步介绍了当前工程界广泛应用的先进控制技术，并强调了控制系统在存在不确定性和扰动情况下的鲁棒性设计。 最优控制： 介绍了在满足一定性能指标（如最小化二次型性能指标）的前提下，设计最优控制器的方法。详细讲解了线性二次型调节器（LQR）的设计原理和应用，以及其在权矩阵选择上的考虑。 滑模控制： 深入探讨了滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）的设计思想和实现方法。重点分析了滑模控制器的鲁棒性优势，特别是在应对参数不确定性和外部扰动方面的能力。本书将详细介绍滑模面的设计、切换律的构造以及滑模控制的稳定性分析。 自适应控制： 介绍了自适应控制的基本概念和常见类型，如模型参考自适应控制（MRAC）和自调整参数控制（STR）。探讨了当系统参数随时间变化或未知时，如何通过在线调整控制器参数来维持系统的性能。 模糊控制： 引入了模糊逻辑控制器的设计原理，包括模糊化、模糊推理和解模糊等过程。本书将通过实例展示如何利用人类专家的模糊知识来构建控制器，以及模糊控制在处理非线性、难以建模的系统中的优势。 神经网络控制： 探讨了利用神经网络逼近未知系统动态或作为控制器一部分的策略。介绍不同类型的神经网络结构及其在控制领域的应用。 鲁棒控制基础： 介绍了控制系统在面对模型不确定性和外部扰动时的挑战，以及鲁棒控制的基本目标。初步介绍了H∞控制等鲁棒控制的基本思想，为读者理解更高级的鲁棒控制技术打下基础。 第四部分：控制系统仿真、实现与工程应用 理论知识的掌握最终需要转化为实际的工程应用。本部分侧重于控制系统的仿真、实现以及在不同工程领域的具体应用。 控制系统仿真： 详细介绍了使用MATLAB/Simulink等仿真工具进行控制系统建模、仿真和性能评估的方法。通过大量仿真实例，读者将能直观地验证理论分析结果，并学习如何利用仿真来优化设计。 数字控制系统： 讲解了从连续时间控制系统到离散时间数字控制系统的转换过程，包括采样、量化、数字控制器设计（如脉冲不变法、双线性变换法）以及数字控制系统的稳定性分析。 工业控制系统应用： 结合实际工业场景，介绍各种控制策略在过程控制、运动控制、机器人控制、航空航天、汽车电子等领域的应用案例。通过这些案例，读者能够理解不同控制技术的适用范围和工程实现中的挑战。 新技术前沿： 对当前控制领域的一些前沿技术进行简要介绍，例如模型预测控制（MPC）、分布式控制系统、智能控制等，为读者提供进一步学习和探索的指引。 《现代控制系统工程》内容逻辑严谨，由浅入深，理论推导详尽，并通过丰富的实例和仿真练习，帮助读者全面掌握控制系统的分析、设计和实现技术。本书不仅适合控制工程、自动化、电气工程、机械工程等相关专业的本科生和研究生，也是广大从事控制系统工程设计的工程师的宝贵参考资料。通过学习本书，读者将能够独立地分析和解决各种复杂的工程控制问题，为实现智能化和自动化的未来贡献力量。

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与其他同类书籍相比，这本书在**非线性系统的分析方法**上展现出了明显的优势，这常常是“基础”教材容易忽略或者一笔带过的地方。在实际工程中，线性化模型往往只能在小扰动范围内成立，一旦系统偏离平衡点较远，非线性特性就会暴露无遗，此时传统的频率响应法就显得捉襟见肘了。这本书没有回避这一挑战，而是花费了相当的篇幅来介绍**李雅普诺夫稳定性理论**。作者从能量守恒的角度引入了李雅普诺夫函数的概念，这种物理直觉的导入方式，比直接给出复杂的数学定义要容易接受得多。通过构造不同的李雅普诺夫函数实例，我们能直观地感受到如何判断一个非线性系统是渐近稳定的、指数稳定的还是李雅普诺夫稳定的。这种深入到系统本质的稳定性分析方法，对于设计更鲁棒、更具安全性的控制系统至关重要。对于从事航空航天、精密机械等对系统安全性要求极高的行业工程师来说，掌握这部分内容，绝对是职业技能上的一个重要飞跃。

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这本书的装帧设计和排版质量也值得称赞，这对于一本技术类书籍来说，其实是很重要的体验环节。我这个人阅读习惯比较“粗暴”，经常需要在书页上画重点、写批注，如果印刷质量不好或者字体太小，阅读体验会大打折扣。这本书的纸张有一定的厚度，油墨印刷清晰锐利，即使用荧光笔反复涂抹也不会洇墨。更重要的是，图表的清晰度极高。在讲解**奈奎斯特稳定性判据**时，那些复杂的幅频特性曲线和相频特性曲线，每一条分支和转折点都描绘得极其精确，这对我们精确判断系统的稳定性裕度至关重要。我曾遇到过一些教材，因为图表模糊不清，导致我花了很多时间去猜测曲线的走向。这本书在这方面做得非常到位，确保了理论推导和图形分析过程中的视觉准确性。此外，章节之间的逻辑跳转非常自然，使得长时间阅读也不会产生强烈的疲惫感。它兼顾了学术的严谨性和读者的阅读舒适度，这种对细节的关注，体现了编者对读者群体的尊重。

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这本书最让我感到惊喜的是它对**数字控制系统**的引入和处理方式。我们知道，现代工业控制几乎全部依赖于数字计算机，所以将连续时间系统映射到离散时间系统，并处理好采样对系统的影响，是当代控制工程师必须掌握的技能。很多教材只是简单地介绍了Z变换和双线性变换，然后就草草收场，留给读者的往往是一堆数学公式却缺乏工程实践的指导。而《自动控制理论基础》则系统地阐述了**采样对系统的影响**，特别是**保持器对系统的作用**以及**量化误差**的分析。书中详细对比了前向欧拉、后向欧拉以及Tustin（双线性）变换在保持系统稳定性方面的优劣，并用清晰的图表展示了不同采样周期下系统性能的衰减情况。这种将数字实现细节与连续理论紧密结合的处理方式，使得读者在学习理论的同时，就已经在脑海中构建了数字控制器实现的蓝图，避免了“理论和实践脱节”的窘境，对于初次接触数字控制的读者，这是莫大的福音。

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这本《自动控制理论基础》的问世，无疑为我们这些在自动化领域摸爬滚打多年的工程师提供了一份及时的“内参”。我记得刚接触这个领域时，那些复杂的微分方程和传递函数简直就像一堵难以逾越的大山，让人望而生畏。市面上那些教材，要么过于偏重数学推导，将实际应用的需求置于次要地位，读起来晦涩难懂；要么就是为了追求应用层面而牺牲了理论的深度，导致在面对复杂系统建模和故障诊断时显得力不从心。这本书的视角非常独特，它没有一开始就抛出那些高深的数学公式，而是从系统动态特性的直观理解入手，比如如何通过一个简单的弹簧阻尼系统来感受反馈控制的本质。作者在讲解根轨迹和频率响应这些核心概念时，总是能巧妙地穿插一些工程实例，比如机器人关节的位置控制、无人机姿态稳定等。特别是关于**PID控制器的整定**那一章节，简直是精髓所在，它没有停留在传统的查表法，而是深入分析了不同参数对系统稳定性和响应速度的相互制约关系，用生动的比喻解释了比例、积分、微分项各自扮演的角色，这对于我这种需要快速调试现场设备的人来说，无疑是醍醐灌顶，让原本靠“经验”操作的部分，有了坚实的理论支撑。读完后，感觉那些曾经让我头疼的控制系统设计问题，现在都变得有迹可循，思路清晰了许多。

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我拿到这本书时，其实是带着一丝怀疑的，毕竟市面上关于控制理论的书籍已经汗牛充栋，能真正做到“基础”且“深刻”的实在不多。大部分教材往往在引入现代控制理论时，突然切换到状态空间表示，这种突兀的转变让很多初学者感到困惑，仿佛进入了另一个学科。然而，这本书的行文风格极其连贯和流畅，它似乎精心设计了一条从经典到现代的过渡路线。作者巧妙地利用了**拉普拉斯变换**作为连接的桥梁，在扎实讲解了经典时域和频域分析工具后，才自然而然地引出了**状态变量法**。最让我欣赏的是，它并没有将状态空间模型仅仅视为一种数学工具，而是将其置于更广阔的系统描述和最优控制的背景下进行阐述。书中对**能观性和能控性**的讨论，不是简单地给出判据，而是结合系统结构的不完整性来阐释其物理意义，这一点非常有助于加深我们对系统内在属性的理解。对于想要深入研究控制理论的读者来说，这本书提供了坚实的理论基石，它不像某些入门读物那样浅尝辄止，而是真正做到了对“基础”的深度挖掘，为后续学习最优控制、自适应控制等前沿领域打下了无可替代的坚实基础。

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