自动调节系统解析与PID整定 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:白志刚

出品人:

页数:182

译者:

出版时间:2012-7

价格:48.00元

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isbn号码:9787122138200

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洞悉工业心脏的脉搏：精密控制理论与实践的深度探索 在现代工业生产的宏大舞台上，效率、稳定与安全是永恒的追求。而支撑这一切的基石，正是那些默默工作的“自动调节系统”。它们如同工业流程的神经中枢，负责监测、判断并精准地调控着生产过程中的各个关键变量。本书并非对某个特定领域的自动调节系统进行狭隘的探讨，而是将目光投向了驱动这些系统的普适性理论，特别是那些经过时间检验、在无数实际应用中证明了自身价值的核心原理与方法。 本书旨在为读者构建一个严谨而全面的自动调节系统认知框架，从最基础的系统建模入手，逐步深入到各种先进的控制策略，并最终落脚于实际应用中最常遇到的“PID整定”这一核心技术。我们摒弃了枯燥的公式堆砌，力求以清晰的逻辑、生动的案例和深入浅出的讲解，让读者真正理解自动调节系统的“为何”与“如何”。 第一篇：系统建模——理解工业的语言 任何有效的控制都始于对被控对象的深刻理解。在工业生产中，这个“对象”可以是温度、压力、流量、液位，也可以是更复杂的机械臂运动、化学反应速率等等。然而，这些物理量本身是无法直接被“控制”的，我们需要的是能够描述它们行为规律的数学模型。 本书的第一篇将带领读者走进系统建模的世界。我们不会拘泥于某一种特定的建模方法，而是会介绍几种在工程实践中最常用、最有效的建模技术。 时域分析法： 从输入信号与输出信号随时间变化的动态关系出发，建立系统的微分方程或传递函数模型。这是一种直观理解系统响应特性的方法，便于我们分析系统的瞬态和稳态行为，例如响应速度、超调量、稳态误差等。我们将探讨如何通过实验辨识的方法，从实际测量数据中提取系统的动态参数，从而构建出贴合实际的数学模型。 频域分析法： 关注系统在不同频率输入信号下的响应特性。通过频率响应曲线（如Bode图、Nyquist图），我们可以深入了解系统的稳定性、抗干扰能力以及对不同频率扰动的敏感度。这为设计滤波器和评估控制器的性能提供了重要的理论依据。 状态空间法： 这是一种更为通用的建模方法，尤其适用于多输入多输出（MIMO）系统以及非线性系统的分析。通过描述系统状态变量的演变规律，状态空间法能够更全面地揭示系统的内在动态特性，并为先进的控制算法（如最优控制、滑模控制等）提供基础。 在建模过程中，我们将强调模型简化与系统逼近的艺术。现实世界的系统往往复杂无比，精确建模几乎是不可能的。因此，掌握如何根据控制目标和精度要求，对复杂系统进行合理的简化，提取出关键的动态特性，是成功进行自动调节系统设计的第一步。我们将通过一系列工业过程的典型例子，例如传热过程、流体输送过程、化工反应器等，来演示不同建模方法的应用，让读者在实践中学习。 第二篇：控制理论的基石——从反馈到先进策略 理解了系统的动态行为，我们就可以开始思考如何去“控制”它。控制的本质在于利用系统的反馈信息，通过一定的算法来修正系统的偏差，使其趋向于期望的目标。本书的第二篇将系统性地介绍各种经典的控制理论和方法。 反馈控制的基本原理： 我们将从最基本的负反馈概念出发，阐述其在稳定系统、减小误差、提高鲁棒性方面的关键作用。理解闭环控制系统的稳定性判据（如Routh-Hurwitz判据、Nyquist稳定判据）是设计稳定控制器的前提。 经典PID控制： 作为工业界应用最广泛的控制器，PID（比例-积分-微分）控制器将是本篇的重点。我们将深入剖析P、I、D三个环节各自的作用机理，以及它们如何协同工作来达到期望的控制效果。读者将理解为什么PID控制器能够如此普遍地适应各种工业过程，以及其在克服扰动、消除稳态误差、抑制超调等方面的优势。 线性状态反馈控制： 在状态空间方法的框架下，我们介绍如何利用系统的所有状态变量（或其估计值）来设计控制器。这包括极点配置、最优控制（如LQR）等，它们能够实现比PID控制更优的性能指标，例如更快的响应速度、更小的能量消耗等。 模型预测控制（MPC）： 随着计算能力的提升，MPC作为一种基于模型、具有滚动优化特性的先进控制策略，在化工、能源、航空航天等领域得到了越来越广泛的应用。我们将介绍MPC的基本思想，包括其如何利用系统模型预测未来一段时间内的系统行为，并在每一步优化控制输入以实现期望的性能。 鲁棒控制与自适应控制： 现实世界的工业系统往往存在模型不确定性、参数变化以及外部扰动。本书还将简要介绍鲁棒控制和自适应控制的概念，它们旨在设计出能够在不确定环境下仍能保持良好性能的控制器。 在这一篇中，我们不仅会介绍理论，更会强调这些控制方法在实际工程中的适用性与局限性。我们将通过对比分析，让读者清晰地认识到不同控制策略的优劣势，以及在何种场景下应选择何种控制器。 第三篇：PID整定的艺术与科学——让控制器发挥最大潜能 PID控制器虽然经典，但其性能的优劣很大程度上取决于“整定”的好坏。一个好的PID整定能够使系统快速稳定、误差最小；而一个糟糕的整定则可能导致系统振荡、响应缓慢甚至不稳定。本书的第三篇将聚焦于PID整定这一关键的实践环节。 PID参数的物理意义与影响： 我们将再次强调比例增益（Kp）、积分时间（Ti）和微分时间（Td）各自对系统响应的影响。通过直观的图示和解释，让读者深刻理解如何通过调整这三个参数来改善系统的瞬态和稳态性能。 经典的PID整定方法： 手动整定法： 从最基本的操作开始，通过观察系统响应，逐步调整参数。虽然效率不高，但却是理解参数影响的绝佳入门方法。 试凑法（Cohen-Coon方法、Ziegler-Nichols方法）： 这些经典的经验整定方法，通过对系统开环响应进行简单的辨识，就能快速给出初始的PID参数。我们将详细介绍这些方法的原理、步骤以及适用范围，并指出它们在实际应用中可能遇到的挑战。 基于模型的整定方法： 利用前面章节建立的系统模型，通过理论计算来确定PID参数。例如，基于伯德图的整定、基于极点配置的整定等。这些方法能够提供更精确的参数，尤其适用于系统模型已知且精确的情况。 基于性能指标的整定： 定义具体的性能指标（如IAE、ISE、ITAE等），通过优化算法来寻找使这些指标达到最优的PID参数。这将引导读者从“感知”到“量化”对PID整定的理解。 高级PID整定技巧与案例： 抗积分饱和与抗微分饱和： 在实际应用中，积分环节可能出现饱和现象，导致控制性能下降。我们将探讨如何有效地处理积分饱和。微分环节的噪声敏感性也是一个常见问题，我们将介绍滤波等技术来解决。 模糊PID与自适应PID： 针对系统参数变化或非线性特性，我们还将介绍模糊逻辑PID和自适应PID的概念。这些方法能够根据系统实际运行情况动态调整PID参数，进一步提升控制性能。 多变量系统的PID协调： 在一些复杂的工业流程中，可能存在多个相互影响的变量，需要多个PID控制器协同工作。我们将探讨多变量PID协调的基本思路和挑战。 仿真与实验验证： 强调在实际应用中，仿真与实验验证的重要性。通过仿真软件（如MATLAB/Simulink）进行离线验证，可以大大降低实际调试的风险和成本。 本书的特色与价值： 本书并非一本单纯的理论教科书，也不是一本只讲解具体软件操作的手册。它力求在理论深度与工程实践之间找到一个完美的平衡点。 系统性与普适性： 覆盖自动调节系统的核心概念、建模方法、控制理论和PID整定技术，适用于各类工业领域。 理论与实践结合： 每一个理论概念都辅以清晰的解释和典型的工业案例，帮助读者理解其在实际应用中的意义。 强调理解与能力培养： 目标是让读者不仅学会“如何做”，更能理解“为何如此”，从而具备独立分析和解决实际控制问题的能力。 清晰的逻辑结构： 从基础建模到高级控制，再到核心整定技术，章节之间层层递进，构建完整的知识体系。 面向工程实际： 关注实际工程中常见的问题和挑战，并提供切实可行的解决方案。 通过本书的学习，读者将能够： 建立对自动调节系统的宏观认知，理解其在工业自动化中的核心地位。 掌握不同类型的系统建模方法，并能应用于实际系统的分析。 理解经典与先进控制理论的原理，并能根据实际需求选择合适的控制策略。 深入掌握PID控制器的原理与特性，并能熟练运用各种整定方法来优化控制器性能。 初步认识并了解更高级的控制策略，为未来的深入学习打下基础。 无论您是工业自动化领域的工程师、技术员，还是对精密控制充满兴趣的学生，本书都将是您洞悉工业心脏脉搏、提升自动化控制能力的宝贵参考。它将帮助您从“是什么”走向“为什么”再到“如何做”，最终成为一名优秀的自动调节系统设计与应用专家。

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作为一名长期从事自动化设备调试的技术人员，我最看重的是书籍的实用价值和前沿性。这本书在这两方面都做得非常出色。它不仅扎实地回顾了自动控制领域的核心理论，更重要的是，它大胆地引入了现代控制技术的一些新思路，比如模糊控制和神经网络在自适应控制中的应用潜力。虽然这些内容在其他专业书籍中也有涉及，但本书的独特之处在于，它将这些前沿技术与经典的PID控制进行了深度融合和对比分析，让读者能清晰地认识到不同控制策略的适用场景和优缺点。书中关于在线辨识和参数自整定的章节尤其吸引我，里面提供的算法流程清晰，代码示例虽然没有直接给出，但其伪代码的描述足以指导我们在不同平台环境下进行二次开发。这本书读下来，我感觉自己的“兵器库”得到了极大的丰富，对于未来应对更复杂的工业控制难题，心里踏实多了。

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这本书初读下来，感觉作者对控制理论的理解深入骨髓，从基础概念的梳理到复杂系统的建模，每一个环节都交代得清晰透彻。特别是他对经典控制理论与现代控制理论的融合处理，让人耳目一新。书中对传递函数的推导和状态空间法的介绍，不仅理论严谨，而且配有大量的实例分析，这对于我们这些在实际工程中摸爬滚打的人来说，无疑是及时雨。我印象最深的是关于系统稳定性的分析部分，作者没有停留在教科书式的判据罗列，而是结合实际应用场景，深入剖析了不同参数变化对系统稳定裕度的影响，这对于我们设计鲁棒性强的控制系统至关重要。此外，书中对一些经典控制器的实现细节，比如如何选择合适的采样周期、如何处理量化误差等，也有独到的见解，这些往往是理论书籍中忽略但工程实践中又不得不面对的问题。整体来看，这本书不仅是理论学习的绝佳参考，更像是一位经验丰富的工程师在手把手地传授实战技巧。

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这本书的深度和广度都达到了一个令人惊叹的高度。我惊讶于作者是如何在有限的篇幅内，将如此庞大而复杂的控制理论体系梳理得井井有条，且重点突出。它没有为了追求面面俱到而导致内容肤浅，反而是在核心模块上进行了深挖。比如，在分析系统动态响应时，除了常见的阶跃响应分析，作者还详细探讨了脉冲响应和斜坡响应对系统特性的揭示作用，这种多维度的分析视角，极大地拓宽了我的分析工具箱。书中对于如何根据实际工况指标（如超调量、调整时间、稳态误差）反向推导出所需的控制器参数的讨论，简直是点睛之笔，这是许多其他书籍只是点到为止的地方。读完此书，我感觉自己不再是简单地套用公式，而是真正理解了控制系统设计的精髓所在——即在性能、稳定性和成本之间找到那个微妙的平衡点。

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这本书的叙事风格非常独特，它不像传统教材那样严肃刻板，反而带有一种娓娓道来的学术探讨的氛围。作者在阐述理论时，经常会穿插一些历史背景或者某个理论提出的初衷，这使得原本枯燥的数学推导充满了人情味和历史厚重感。我特别喜欢这种“讲故事”的方式，它能帮助我更好地理解一个概念是如何在学术界一步步演变和成熟起来的。对于初学者来说，这种带有温度的讲解能有效缓解学习压力；对于有基础的人来说，这种深层次的文化背景补充，则能帮助他们形成更全面的知识结构。此外，书中对“工程思维”的强调也值得称赞，作者反复告诫读者，理论的最终目的在于工程实践的有效性，这种务实的态度贯穿始终，让人受益匪浅。

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这本书的结构安排堪称一绝，行文流畅自然，逻辑层层递进，让人在阅读过程中几乎没有感到晦涩难懂的地方。我特别欣赏作者在讲解过程中所展现出的那种“化繁为简”的能力。例如，在处理非线性系统的分析时，作者没有一味地陷入复杂的数学公式泥潭，而是巧妙地运用了描述函数法和相平面法，将抽象的概念具象化，极大地降低了读者的理解门槛。而且，书中的插图和图表绘制得非常精美且具有指向性，很多时候，一张图胜过千言万语，它能瞬间抓住问题的核心。我感觉作者在编写这本书时，对读者的知识背景有着深刻的洞察，总能在关键时刻给出恰到好处的提示或拓展阅读方向。读完这本书，我感觉自己对控制系统设计的整体脉络有了更宏观的认识，不再是零散知识点的堆砌，而是一个结构完整、逻辑严密的知识体系。

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本书不像教材那么闭门造车，或者高校系统“天下文章一大抄”。而是一个工程师二十多年实践经验的总结，每一章都经得起考验。同时兼顾便于工友们的理解。工程是个非常看重经验的行当。此类????可以避免大家走弯路，多多益善。୧(⁎˃ ◡˂⁎)୨ꔛ

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2020-31《自动调节系统解析与PID整定》 作者以极大的热情讲述了火电厂控制系统中PID（比例积分微分）参数整定的种种经验。再次让我体会到了Cybernetics是多么牛逼的一门学科。以及要体会到这份牛逼所需要的实践经验。 学无止境、习无止境。

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2020-31《自动调节系统解析与PID整定》 作者以极大的热情讲述了火电厂控制系统中PID（比例积分微分）参数整定的种种经验。再次让我体会到了Cybernetics是多么牛逼的一门学科。以及要体会到这份牛逼所需要的实践经验。 学无止境、习无止境。

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2020-31《自动调节系统解析与PID整定》 作者以极大的热情讲述了火电厂控制系统中PID（比例积分微分）参数整定的种种经验。再次让我体会到了Cybernetics是多么牛逼的一门学科。以及要体会到这份牛逼所需要的实践经验。 学无止境、习无止境。