具体描述
本书内容包括：直流电机的基本原理与结构，直流发电机，直流电动机，变压器原理与结构，变压器的联结与并联运行，特种变压器，三相异步电动机基本知识，三相异步电动机的旋转磁场及工作原理，三相异步电动机绕组，单相异步电动机，同步电机以及特种电机。
本书主要适用于技工学校维修电工、电机修理工及电工等工种使用，也可供职业中专、职业高中同类工种或中级技术工人培训使用。
现代控制理论基础及其应用 书籍简介 本书全面深入地探讨了现代控制理论的核心概念、基本方法以及在工程实践中的广泛应用。内容涵盖了从经典的经典控制理论到前沿的现代控制理论的演进，旨在为读者构建一个完整、系统且富有洞察力的控制系统知识体系。 第一部分：控制系统的基础与数学描述 第一章：引言与系统建模 本章首先界定了“控制系统”的本质及其在现代工业、航空航天、生物医学等领域不可替代的作用。我们将从工程实践中常见的反馈控制、开环控制系统入手，阐述控制理论的必要性和历史发展脉络。 核心内容集中于系统的数学建模。详细介绍了连续时间系统和离散时间系统的建模方法。对于连续系统，重点讲解了常微分方程（ODE）的建立与求解，并引入了拉普拉斯变换作为强大的代数分析工具，用以简化微分方程的求解过程。对于机构运动、电路等物理过程，将通过能量守恒、基尔霍夫定律等物理定律推导其动态模型。 对于离散系统，则引入Z变换，阐述其与拉普拉斯变换的对应关系，以及在数字控制系统分析中的关键地位。本章末尾将引入传递函数（Transfer Function）和状态空间表示（State-Space Representation）这两种描述系统的基本数学语言，为后续的分析奠定基础。 第二章：线性定常系统的时域分析 本章专注于对线性时不变（LTI）系统的基本时域性能进行分析。首先，深入探讨了单位阶跃响应和单位脉冲响应的物理意义及其计算方法。这些响应是评估系统动态特性的基本指标。 接着，详细分析了一阶系统和二阶系统的特性。对于二阶系统，引入了阻尼比（$zeta$）和无阻尼自然频率（$omega_n$）这两个决定系统动态行为的关键参数。通过分析过阻尼、临界阻尼、欠阻尼和无阻尼四种情况，读者将清晰理解系统响应的快慢、超调量和振荡特性如何与参数挂钩。 此外，本章系统介绍了稳态误差分析。通过引入输入信号（如单位阶跃、单位斜坡、单位抛物线）和系统的开环极点位置，讲解了系统的型式（Type Number），并推导出位置误差常数（$K_p, K_v, K_a$）与稳态误差之间的精确关系，这是设计控制器以满足精度要求的基础。 第三章：系统的根轨迹分析法 根轨迹法是设计补偿器（如PID控制器中的比例、积分、微分环节）的关键图形分析工具。本章将根轨迹的形成法则作为核心。 详细阐述了根轨迹的绘制规则，包括起点、终点、实轴上的轨迹、渐近线（和渐近线与实轴的夹角）、分离点和交点等十余项关键规则。通过这些规则，读者可以直观地预测当控制器增益 $K$ 变化时，系统的闭环极点如何在s平面上移动，进而判断系统稳定性和动态性能的变化趋势。 本章还会结合根轨迹图，讲解如何利用根轨迹确定所需的增益 $K$ 以满足特定的性能指标（如特定阻尼比或特定带宽要求）。 第二章：线性系统的频域分析与设计 频域分析提供了一种不同于时域分析的、更侧重于系统在持续正弦输入下的稳定性和抗干扰能力的视角。 本章首先介绍频率响应的概念，阐述了开环系统的频率响应与闭环系统时域性能之间的联系。核心内容围绕奈奎斯特图（Nyquist Plot）和波德图（Bode Plot）展开。 波德图的绘制与解读是本章的重点，包括如何根据传递函数快速绘制出增益曲线和相位曲线，并利用这些曲线分析系统的带宽、截止频率等特性。 奈奎斯特稳定性判据作为频域分析的“黄金标准”，将被详尽阐述。本章会重点讲解如何利用奈奎斯特曲线绕过开环传递函数中 $-1+j0$ 点的圈数来判断闭环系统的稳定性，并引入增益裕度（GM）和相位裕度（PM）这两个至关重要的指标，它们是衡量系统稳定裕度（抵抗不确定性和非线性影响的能力）的量化标准。 第四章：经典控制器的设计 基于时域和频域的分析结果，本章转向实际的控制器设计。 串联补偿器设计： 详细介绍如何利用超前（Lead）、滞后（Lag）和超前-滞后（Lead-Lag）补偿器来校正系统的频率特性或时域响应。针对根轨迹法和频域法（波德图法），分别讲解使用这些补偿器来提升系统的相位裕度、降低稳态误差或加速瞬态响应的设计流程。 PID控制器设计： 深入分析比例（P）、积分（I）、微分（D）三个环节对系统性能的独立影响，并介绍如齐格勒-尼科尔斯法（Ziegler-Nichols Tuning）等经典的参数整定方法，强调PID在工业控制中最广泛应用的实践经验。 第三部分：状态空间方法与现代控制理论 随着系统复杂度的增加，传递函数方法的局限性日益显现。本部分引入更强大的状态空间方法。 第五章：状态空间表示与系统性质 本章阐述如何将高阶系统转化为一组一阶微分方程组——状态方程。详细介绍了状态变量的选择、状态转移矩阵（State Transition Matrix）的求解方法（包括利用对角化、若尔当标准型等），以及状态空间模型与传递函数模型之间的相互转换关系。 核心概念在于能控性（Controllability）和能观测性（Observability）。通过卡尔曼判据，我们将精确判断一个系统是否可以通过输入完全控制其状态，以及是否可以通过输出完全观测到其内部状态。这是后续状态反馈控制和状态观测器设计的前提。 第六章：状态反馈与极点配置 本章将现代控制理论的威力发挥到极致：极点配置（Pole Placement）。 通过状态反馈 $u = -Kx$，我们将闭环系统的极点（即闭环系统的特征值）任意配置到s平面上期望的位置（前提是系统可控）。本章系统推导了极点配置公式，并介绍了Ackermann公式，一个用于直接计算反馈矩阵 $K$ 的实用工具。 此外，还将探讨输出反馈（仅反馈输出 $y$ 而非全部状态 $x$）的设计方法，以及线性二次调节器（LQR）的设计理念——这是一种基于系统性能指标函数（代价函数）的最优控制设计方法，它在保证稳定性的同时，平衡了控制能量消耗和状态误差。 第七章：状态观测器设计 在实际工程中，系统的所有状态变量往往无法直接测量。本章提出解决方案：状态观测器（State Observer），特别是卡尔曼-大沐尔（Luenberger）观测器。 观测器的设计目标是利用系统的输入和输出信号，以尽可能高的精度估计出所有不可测的状态变量。本章推导了观测器的结构，并阐述了观测器极点的选择标准（基于可观测性），确保估计误差能够快速衰减到零。最后，将状态反馈控制与状态观测器结合起来，形成分离原理（Separation Principle），即反馈控制器设计与观测器设计可以独立进行，极大地简化了复杂系统的设计过程。 第四部分：非线性系统基础与鲁棒性 第八章：非线性系统分析导论 本章简要介绍了非线性系统与线性系统在分析上的根本区别，并引入了分析非线性系统常用的几种初步工具：相平面法（Phase Plane Method），重点分析二阶系统的相轨迹、极限环和平衡点的性质；以及李雅普诺夫稳定性理论，特别是李雅普诺夫第一法（间接法）和李雅普诺夫第二法（直接法），这是判断非线性系统稳定性的根本方法。 总结 本书结构严谨，逻辑清晰，从基础的数学描述出发，逐步深入到经典频域分析、现代状态空间设计，并兼顾了工程实践中的PID整定和鲁棒性初步概念。书中配有大量的工程实例和习题，旨在培养读者理论联系实际的工程能力。本书适合作为控制工程、自动化、电气工程及其自动化等专业本科高年级及研究生层次的教材或参考书。
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