自动控制原理习题详解 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:冶金工业出版社发行部

作者:王建辉 编

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:1970-1

价格:18.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502435615

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《现代工程控制系统：理论与实践》 内容简介 本书系统地阐述了现代工程控制系统的基本理论、分析方法与设计技术，旨在为读者构建一个全面而深入的控制工程知识体系。全书结构清晰，逻辑严谨，理论推导详实，并辅以大量工程实例，力求将抽象的控制理论与生动的工程实践紧密结合。本书适合高等院校自动化、电气工程、机械工程、航空航天、计算机科学等相关专业的研究生及高年级本科生阅读，也可作为从事工程控制领域工作的工程师和研究人员的参考书。 第一部分：基础理论与数学模型 本部分奠定了整个控制理论学习的基础。 绪论： 探讨控制工程在现代科技与工业中的核心地位及其发展历程。我们将从实际应用出发，引入“控制”这一概念，阐释其在提升系统性能、保障稳定运行、实现智能化操作等方面的重要性。随后，将简要回顾经典控制理论和现代控制理论的发展脉络，为后续章节的学习做好铺垫。 线性系统及其数学模型： 重点介绍描述物理系统行为的数学语言。我们将详细讲解线性微分方程、传递函数、系统矩阵等概念，以及如何从物理结构和能量守恒定律出发，推导出各种典型系统的数学模型，包括机械系统（如弹簧-质量-阻尼系统）、电气系统（如RLC电路）、机电一体化系统等。此外，还会介绍状态空间方程作为描述系统的另一种重要形式，并讨论其与传递函数的相互转换。 时域分析： 深入分析系统在时间尺度上的动态响应特性。我们会详细讲解输入信号的分类（如阶跃信号、脉冲信号、斜坡信号、正弦信号等）及其在系统中的响应。通过零输入响应和零状态响应的概念，深入理解系统的动态行为。对一阶和二阶系统的瞬态响应（如上升时间、超调量、调节时间、峰值时间）进行详尽的分析，揭示系统参数对响应的影响。我们将通过具体的算例，展示如何通过时域指标来评估系统的性能。 频域分析： 探讨系统对不同频率输入信号的响应特性，这是分析系统稳定性和频率特性的关键。我们将介绍系统的频率响应概念，并通过伯德图（Bode Diagram）和奈奎斯特图（Nyquist Diagram）等图形化工具，直观地展示系统的幅频特性和相频特性。对典型环节（如比例环节、积分环节、微分环节、一阶惯性环节、二阶振荡环节）的频率响应进行深入剖析。此外，还将讲解如何利用频率响应来分析系统的稳定裕度（增益裕度、相位裕度）。 根轨迹分析： 揭示系统闭环极点随控制器增益变化的规律。我们将详细介绍根轨迹的绘制规则，以及如何利用根轨迹来分析闭环系统的稳定性以及瞬态响应的改变。通过根轨迹图，我们可以直观地了解系统在不同参数配置下的性能表现，为控制器设计提供重要的指导。 第二部分：反馈控制系统分析与稳定性 本部分聚焦于反馈控制系统这一核心概念，并深入研究其稳定性问题。 线性反馈控制系统的结构与性能指标： 详细介绍闭环控制系统的基本结构，包括前向通路、反馈通路、控制器、被控对象等组成部分。重点阐述负反馈控制的原理及其带来的优势，如提高系统的精度、改善系统的动态响应、减小外部干扰的影响等。我们还将引入一系列量化评价系统性能的指标，如稳态误差（位置误差、速度误差、加速度误差）、瞬态响应指标（前面已在时域分析中提及，此处重申其在闭环系统中的意义）以及干扰抑制能力等，为后续的控制器设计提供明确的目标。 系统稳定性分析： 这是控制理论中至关重要的一环，直接关系到系统的正常运行。我们将首先介绍稳定性的概念，包括平衡点稳定性、Lyapunov稳定性以及渐近稳定性。随后，重点讲解多种稳定性判断方法： 代数稳定判据： 详细介绍Routh-Hurwitz判据，阐述如何通过特征方程的系数来判断闭环系统的稳定性，以及如何处理特殊情况（如特征方程存在零系数或所有系数为零的情况）。 根轨迹稳定性分析： 结合根轨迹图，分析闭环极点在s平面上的位置与系统稳定性的关系，重点关注极点是否位于虚轴上或右半平面。 频率域稳定性判据： 深入讲解Nyquist稳定性判据，阐述如何利用Nyquist曲线来判断闭环系统的稳定性，以及其在分析包含纯滞后环节系统时的优越性。同时，也将介绍Bode图上的稳定性判据（增益裕度和相位裕度），这在实际工程设计中更为常用。 现代控制理论的稳定性分析： 引入状态空间方法的稳定性概念，如Lyapunov直接法，阐述如何通过Lyapunov函数来判断系统的稳定性，为非线性系统和时变系统的稳定性分析奠定基础。 第三部分：控制器设计与综合 本部分将把前两部分的理论知识应用于实际的控制器设计，实现对被控对象的有效控制。 PID控制器设计： PID（比例-积分-微分）控制器是最经典、应用最广泛的控制器类型。我们将详细讲解P、PI、PID各控制分量的作用及其对系统性能的影响。在设计方法方面，将介绍多种经典的设计方法，如： 经验整定法： 包括Ziegler-Nichols方法（周期法和衰减法），阐述其在实际应用中的操作步骤和局限性。 基于时域性能指标的设计： 通过设计控制器参数，使系统的瞬态响应满足预设的性能要求。 基于根轨迹的设计： 利用根轨迹图，选择合适的控制器参数，使闭环极点位于期望的位置。 基于频率域的设计： 利用伯德图，选择合适的控制器参数，以获得所需的增益裕度和相位裕度。 我们将通过具体的实例，演示如何针对不同的被控对象，选择和设计合适的PID控制器。 超前/滞后校正器设计： 介绍超前校正器和滞后校正器的结构、传递函数以及它们对系统频率响应和时域响应的改善作用。我们将详细讲解如何利用伯德图来设计超前/滞后校正器，以提高系统的相位裕度、增益裕度或改善系统的稳态性能。 前馈控制与复合控制： 讨论前馈控制的工作原理及其在抑制外部干扰方面的优势，并介绍如何将前馈控制与反馈控制结合，构成复合控制系统，以达到更好的控制效果。 现代控制理论中的控制器设计（状态反馈与观测器）： 引入现代控制理论的观点，重点讲解状态反馈控制器的设计。我们将介绍极点配置（Pole Placement）技术，阐述如何通过选择合适的状态反馈增益矩阵，将闭环系统的所有极点配置到期望的位置，从而精确地设计系统的动态响应。由于实际系统中往往无法直接测量所有状态变量，因此还将详细介绍状态观测器的原理与设计，包括Luenberger观测器等，展示如何从系统的输出和输入重构出不可测的状态变量，并将其用于状态反馈控制。 第四部分：现代控制理论与进阶主题 本部分将扩展到更广阔的现代控制理论领域，并探讨一些进阶主题。 最优控制： 引入最优控制的基本概念，如性能指标函数、控制律等。我们将介绍线性二次型调节器（LQR）的设计方法，阐述如何设计一个最优控制器，使得闭环系统在最小化二次型性能指标的同时，也具有良好的动态性能。 数字控制系统： 随着计算机技术的飞速发展，数字控制系统已经成为主流。本部分将介绍数字控制系统的基本概念，包括采样、保持、数字控制器等。我们将重点讲解离散时间系统的表示方法（如Z变换、脉冲传递函数），以及如何将连续时间系统转化为离散时间系统。数字PID控制器的设计方法也将被详细阐述。 非线性控制基础： 简要介绍非线性系统的特点及其与线性系统的区别。我们将引入一些基本的非线性控制方法，如反馈线性化、滑模控制等，并探讨它们在解决复杂非线性系统问题中的应用潜力。 鲁棒控制与自适应控制简介： 简要介绍鲁棒控制的基本思想，即在系统模型不确定或存在干扰的情况下，仍能保证系统的稳定性和性能。同时，也将介绍自适应控制的基本原理，即控制器参数能够根据系统性能的变化而自动调整，以适应系统模型的变化或外部环境的改变。 章节特点： 理论深度与工程实用性并重： 本书在保证理论严谨性的同时，注重与实际工程应用的结合。每一章都会穿插大量工程实例，通过这些实例来加深读者对抽象理论的理解。 循序渐进，由浅入深： 章节安排合理，从最基础的概念开始，逐步深入到复杂的现代控制理论。读者可以根据自己的基础和需求，选择性地进行学习。 图文并茂，清晰易懂： 大量采用图表、曲线和示意图，使抽象的数学模型和分析过程更加直观易懂。 强调分析与设计相结合： 不仅教授如何分析控制系统的性能，更重要的是如何设计出满足特定要求的控制器。 学习目标： 通过学习本书，读者将能够： 掌握描述和分析线性控制系统的基本数学工具和方法。 深入理解系统稳定性判据及其在实际工程中的应用。 熟练掌握PID、超前/滞后等经典控制器设计方法。 理解现代控制理论（如状态空间、最优控制）的基本思想和方法。 为进一步学习更高级的控制理论和技术打下坚实的基础。 本书希望能够成为您探索自动控制世界的一盏明灯，引导您从理论的海洋走向工程实践的广阔天地。

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说实话，我买这本书之前，对自动控制原理这门课一直是心存畏惧的。各种时域、频域的变换，各种复杂的图形绘制，总感觉自己抓不住重点。但自从用了这本习题详解后，我的心态发生了根本性的转变。它没有过度神化理论的“高深莫测”，而是用一种非常务实的态度去拆解每一个知识点。例如，在讲解奈奎斯特稳定判据时，书中不仅给出了严格的数学定义，还配有大量的示意图，清晰地展示了“图像如何旋转，以及旋转的圈数如何决定稳定性”，这种多模态的解释方式极大地降低了我的学习门槛。我感觉作者非常理解学习者的痛点，总能在最需要帮助的地方提供最精准的火力支援。这本书的价值在于，它帮助我将原本零散的知识点串联成了一个有机的整体，让我从“死记硬背公式”的泥潭中解脱出来，真正开始理解系统是如何被设计和控制的。

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作为一名准备考研的学生，时间是最大的成本。我需要一本高效、精准的参考资料，而这本习题详解无疑是帮我节省了大量筛选时间的选择。它的重点突出，目标明确，所有的例题都直指考试的核心难点。我发现，书中的很多解题思路都是在模拟高水平考生的答题路径，即如何用最简洁、最准确的方式在有限时间内拿到满分。特别是对于那些涉及模型简化和参数整定的题目，书里提供的步骤简洁有力，完全没有冗余的描述。相比于那些篇幅冗长、内容庞杂的理论教材，这本书的实用性简直是太强了。虽然它不负责系统地教授理论（你需要配合主教材使用），但它在“如何应用理论”这一点上做到了极致的教科书级别。如果你的目标是扎实掌握解题技巧，并且希望在面对变化多端的考题时能够举一反三，那么这本书绝对是书架上不可或缺的一员猛将。

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这本书的装帧和纸质摸上去就给人一种“专业”的感觉，拿在手里沉甸甸的，让人感觉内容也一定分量十足。我主要把它当作是课堂教学的一个重要补充，发现它在弥补教学进度的不足方面做得非常出色。老师讲得很快时，我就可以依靠这本书来巩固和深化理解。它的章节安排和主流教材的顺序高度契合，使得查找起来非常方便。最让我感到惊喜的是，书后附带的“自我检测单元”，它不仅仅是简单的选择题，还包含了需要手写推导的综合大题，这强迫我必须动笔去实践，而不是仅仅在脑子里“过一遍”。通过这些练习，我开始意识到，理论知识和实际解题能力之间确实存在一道鸿沟，而这本书正是那座帮助我跨越鸿沟的桥梁。对于那些希望争取高分的同学来说，这本书提供的那些“进阶挑战题”绝对是不容错过的宝藏，它们往往能将知识点融会贯通，考察得非常深入。

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初次接触这本教材时，我抱着一种审视的态度，毕竟市面上的“详解”类书籍良莠不齐。然而，这本书很快就以其严谨的逻辑和近乎苛刻的细节打动了我。它不像有些参考书那样只是简单地罗列答案，而是将解题的每一步都拆解得极为透彻，每一步的推导依据、所用到的定理和公式，都标注得清清楚楚，仿佛有一位耐心的导师在身边手把手地教导。我尤其欣赏作者对常见陷阱的提醒，那些在考试中极易失分的地方，都被用不同的字体或颜色标示出来，这种防范于未然的设计极大地提高了我的学习效率。这本书的覆盖面非常广，从最基础的传递函数分析到复杂的根轨迹和频率特性分析，几乎涵盖了所有核心考点。唯一让我感到有些吃力的是，对于某些高阶微积分基础不扎实的人来说，开篇的数学准备部分可能需要额外花时间消化。但一旦跨过这个门槛，后面的学习体验就会变得异常顺畅。

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这套书给我的感觉就像是一座知识的迷宫，每一页都充满了挑战与惊喜。我原本对这门学科只有一些模糊的概念，但在阅读过程中，我发现作者的讲解深入浅出，总能在关键时刻拨开云雾。特别是对于那些抽象的数学模型，书里提供了大量的实例来佐证理论，这对于我这个实践派的学习者来说至关重要。我记得有一次，我被一个复杂的反馈控制系统卡住了好几天，翻遍了手头的其他资料都找不到满意的解释，最后在这本书里找到了一个非常直观的图形化分析方法，瞬间茅塞顿开。它不仅仅是告诉你“为什么”，更重要的是告诉你“怎么做”才能真正掌握它。书中的排版也很有心思，关键公式和概念都有特别的标记，即使在快速翻阅时也能迅速定位重点。不过，如果说有什么不足，那就是对于某些前沿的数字化控制理论涉及得相对较少，但这也许是它侧重基础和经典理论的缘故吧。总而言之，这是一本值得反复研读的工具书，它的价值远超出了单纯的习题解答本身。

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