自动控制系统及应用

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出版者:清华大学出版社
作者:肖安崑
出品人:
页数:232 页
译者:
出版时间:2006年01月
价格:22.00
装帧:平装
isbn号码:9787302119487
丛书系列:
图书标签:
  • 自动控制
  • 控制系统
  • 自动化
  • 系统工程
  • 电气工程
  • 控制理论
  • MATLAB
  • Simulink
  • 反馈控制
  • 工业控制
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具体描述

为适应现代制造业发展的需要,根据教育部提出的“高等职业教育为制造业和现代服务业培养高技能型紧缺人才的任务”,组织编写了《普通高等教育应用型人才培养系列教材》。本书被列入该系列教材。

本书内容包括自动控制系统的一般概念、自动控制系统的基本部件、典型自动控制系统的定性分析、拉普拉斯变换、系统的数学模型、频率特性、自动控制系统的稳定性分析、自动控制系统的稳态性能分析、瞬态响应分析、自动控制系统的校正等。

本书力求突出针对性和实用性,理论分析以适度够用为限。在讲清基本概念的前提下,注重介绍分析的思路和方法,以求帮助读者学会应用控制理论来解决工程的实际问题。

本书可供高等职业技术学院、高等专科学校、成人和民办高校机电、模具、数控等专业的学生作为教材,亦可供有关工程技术人员参考。

《精密机械设计与制造》 本书旨在深入探讨精密机械的设计原理、制造工艺以及相关的先进技术。全书结构严谨,内容详实,从基础理论到实际应用,力求为读者构建一个全面而系统的认知框架。 第一篇:精密机械设计基础 本篇首先从机械设计的基本要素出发,着重阐述了机械零件的材料选择、性能分析及其失效模式。我们将详细介绍各种工程材料的特性,如高强度钢、特种合金、工程塑料和陶瓷等,并分析它们在精密机械结构中的适用性。在此基础上,我们将深入探讨应力分析、疲劳寿命预测和断裂力学等核心概念,帮助读者理解零件在实际工作条件下的受力情况和潜在的失效风险。 接着,我们将聚焦于精密机械系统的构件设计,包括轴系、齿轮传动、轴承选型与设计、联接件以及弹性元件等。针对每一类构件,我们将详细讲解其设计原则、计算方法和优化策略。例如,在轴系设计部分,我们将涵盖应力集中、弯曲与扭转的耦合效应、临界转速的确定以及动态响应分析。在齿轮传动部分,我们将深入探讨齿轮的几何参数、啮合理论、精度等级、承载能力计算以及磨损和疲劳的防治措施。轴承作为精密机械中的关键部件,我们将详细介绍各种类型轴承(如滚动轴承、滑动轴承、磁悬浮轴承)的结构特点、工作原理、选择依据、润滑方式以及寿命计算。 此外,本篇还将探讨误差理论与补偿技术。在精密机械系统中,各种误差源(如制造误差、装配误差、热变形、振动等)的累积会直接影响系统的精度和性能。我们将详细介绍误差的来源、分类、量化方法以及误差的传递与叠加规律。在此基础上,我们将重点阐述误差补偿的策略与技术,包括机械结构补偿、电子补偿和智能补偿等方法,并介绍常用的补偿手段,如弹性补偿、热平衡设计、闭环控制和数字补偿等。 第二篇:精密机械制造工艺 本篇将重点介绍精密机械的制造工艺,强调精密加工技术在实现高精度和高性能产品中的关键作用。我们将从传统的精密加工方法讲起,如磨削、抛光、珩磨、研磨等,详细讲解其工艺原理、设备特点、参数选择以及质量控制要点。 随后,我们将深入介绍现代精密加工技术,包括: 数控加工(CNC):涵盖数控铣削、数控车削、数控磨削等,重点讲解刀具路径规划、工艺参数优化、后处理以及三维CAD/CAM集成应用。 电加工技术:包括电火花加工(EDM)、电化学加工(ECM)和激光加工(LBM)等,分析其在加工难加工材料、复杂形状和微细结构方面的优势。 超精密加工技术:如超精密车削、超精密磨削、金刚石车削、离子束抛光等,重点介绍其实现纳米级表面粗糙度和亚微米级尺寸精度的机理和应用。 特种加工技术:如超声波加工、水射流加工、砂轮切割等,探讨其在特定材料和形状加工中的应用。 在材料加工性能方面,我们将分析不同材料(如高硬度材料、脆性材料、形状记忆合金等)在各种加工过程中的切削机理、表面损伤、刀具磨损以及加工表面质量的影响因素。 第三篇:精密机械系统集成与应用 本篇将聚焦于精密机械系统的集成、测试与实际应用。我们将从系统整体性能的角度出发,探讨如何将各个精密部件有机地组合成一个稳定、可靠且功能完善的系统。 装配与调试:详细讲解精密机械的装配工艺、方法和注意事项,包括清洁要求、公差配合、预紧力施加、运动副的调整以及静态和动态性能的初步调试。 精密测量与检测:介绍各种精密测量仪器和技术,如三坐标测量机(CMM)、光学测量仪、干涉仪、表面粗糙度仪、硬度计等,并探讨其在产品质量控制中的应用。我们将强调测量不确定度、校准和溯源的重要性。 系统可靠性与寿命分析:基于前述的失效分析和误差理论,本篇将深入探讨精密机械系统的可靠性设计原则、可靠性建模方法(如故障树分析、可靠性框图)以及寿命预测技术。 典型应用实例:为了更好地说明精密机械设计与制造的实际应用,我们将选取多个领域的典型案例进行深入分析,例如: 半导体制造设备:如光刻机、刻蚀机、检测设备中的精密运动平台、高精度传感器和微机械部件。 医疗器械:如手术机器人、诊断影像设备(CT、MRI)、微创手术器械中的精密传动、驱动和控制组件。 航空航天:如卫星姿态控制系统、光学遥感器、飞行器导航系统中的精密机械结构、执行机构和传感器。 光学仪器:如望远镜、显微镜、激光设备中的精密光学元件安装、调焦机构和稳定平台。 第四篇:前沿技术与发展趋势 本篇将展望精密机械设计与制造领域的前沿技术和发展趋势,包括: 微纳制造技术:如微机电系统(MEMS)、纳米压印、3D打印(增材制造)等在精密制造领域的应用。 智能制造与工业4.0:探讨如何将大数据、人工智能、物联网等技术融入精密机械的设计、制造和运维过程,实现智能化和柔性化生产。 新型材料与工艺:介绍具有优异性能的新型材料(如高性能复合材料、纳米材料)以及先进的加工工艺(如飞秒激光加工、原子层沉积)在精密制造中的潜力。 数字化设计与仿真:强调基于CAE(计算机辅助工程)的仿真分析在优化设计、预测性能和减少原型制作成本中的作用。 本书力求在理论深度、技术广度和实践指导性之间取得平衡,旨在为机械工程、自动化、材料科学等领域的学生、研究人员以及工程技术人员提供一份有价值的参考。通过学习本书,读者将能够掌握精密机械设计与制造的核心知识和技能,为应对日益复杂和精密的工程挑战奠定坚实的基础。

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这本书真的让我大开眼界,我一直以为自动控制这东西离我特别遥远,都是工业生产里才会用到的高大上技术。但这本书从一开始就用非常生动形象的例子,比如家里用的电饭煲、空调,甚至是我们每天都会接触到的汽车巡航系统,来引入自动控制的概念。我这才意识到,原来这些我们习以为常的便利,背后都有着精妙的自动控制原理在支撑。书中对PID控制的讲解尤其让我印象深刻,它不像我之前在网上看到的那些晦涩难懂的公式推导,而是通过一个非常直观的“误差、比例、积分、微分”的联系,让我一下子就抓住了核心思想。作者还设计了一些小实验,虽然是理论上的,但读起来就像亲手操作一样,可以帮助我们理解不同参数对系统性能的影响。而且,这本书的语言风格非常亲切,就像一位经验丰富的老师在手把手地教你,即使是像我这样初学者,也能感到学习的乐趣,而不是枯燥的知识灌输。它让我不再畏惧这个领域,反而激起了我进一步探索的兴趣,思考在更多日常场景中,自动控制还能发挥怎样的作用。

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这本书在对实际工程中遇到的常见问题进行分析和解决方面,做得非常出色。很多控制理论的书,在讲完理论后就戛然而止,留给读者很多实际应用上的困惑。但这本书就不同了,它专门开辟了章节来讨论系统的鲁棒性、抗干扰能力,以及如何处理非线性系统和时滞系统。它详细分析了这些问题产生的根源,并给出了相应的解决方案,比如H∞控制、滑模控制等。我印象最深刻的是,它在讲解如何提高系统的鲁棒性时,不仅仅是罗列了方法,还通过一些具体的例子,比如在外部干扰存在的情况下,系统是如何保持稳定和精确的。这种深入的分析,让我对控制系统的实际可靠性有了更深刻的理解。

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这本书在稳定性分析部分,真的是非常扎实。我之前对于“稳定性”这个概念,总是有点模糊,知道它很重要,但具体如何判断,以及各种判据的由来,都理解得不够深入。这本书从李雅普诺夫稳定性理论入手,用非常清晰的逻辑和图示,一点点地揭示了稳定性的本质。它不仅介绍了直接法和间接法,还详细讲解了如何构造李雅普诺夫函数,以及不同函数的选择如何影响分析结果。我尤其喜欢它对根轨迹法的讲解,用图形化的方式展示了系统 poles 的移动轨迹,直观地反映了增益变化对系统稳定性和性能的影响。通过大量的例子,我能够亲眼看到,在不同的参数条件下,系统的根轨迹是如何变化的,以及这种变化与系统响应之间的关系。这种直观的理解,比单纯记忆判据要有效得多。

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这本书在讲解系统建模的部分,真的是下了真功夫。我之前接触过一些控制理论的书,但很多模型建立的过程都显得十分抽象,让人摸不着头脑。但在这本书里,作者从物理系统的实际出发,详细讲解了如何将现实世界中的设备,比如机械臂、电机等,转化为数学模型。它不仅仅是给出公式,更重要的是解释了为什么要用这样的模型,模型中的各个参数又代表了什么物理意义。比如,在讲解传递函数的时候,作者花了很大的篇幅去分析不同系统(惯性系统、一阶系统、二阶系统等)的传递函数的特性,以及这些特性如何影响系统的动态响应。他还引用了大量实际工程案例,比如伺服系统的建模、液压系统的建模等等,这些案例的分析都非常透彻,让我能够理解模型是如何与实际工程紧密结合的。我特别喜欢它在解释拉普拉斯变换的时候,不仅仅是介绍它的数学性质,还把它与系统的瞬态响应和稳态响应联系起来,让我更深刻地理解了为什么我们需要用这种数学工具来分析控制系统。

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我最欣赏这本书的地方在于,它并没有停留在理论的层面,而是非常注重“应用”二字。书中的每一章,在讲解完相关的控制理论之后,都会紧接着介绍如何在实际工程中应用这些理论。比如,在讲解了开环和闭环控制后,就立刻分析了它们在不同应用场景下的优缺点,以及如何根据实际需求选择合适的控制方式。让我印象深刻的是,书中对模糊控制和神经网络控制的应用案例进行了深入的剖析。它不仅仅是简单地介绍这些方法,更是详细地阐述了它们是如何解决传统PID控制难以应对的非线性、时变等复杂问题的。书中还提供了一些伪代码或者流程图,虽然不是完整的程序,但足以让我理解这些智能控制方法的实现思路。读完这部分,我感觉自己对如何将这些前沿的控制技术落地到实际项目中,有了更清晰的认识,不再是纸上谈兵。

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这本书的内容组织非常具有逻辑性,从基础到进阶,层层递进,让我感觉学习过程非常顺畅。刚开始读的时候,作者非常耐心地铺垫了基础概念,比如信号与系统、反馈原理等等,确保即使是零基础的读者也能跟得上。然后,逐步引入了经典的控制理论,比如频域分析、时域分析,并用非常贴切的比喻来解释这些抽象的概念。我特别喜欢作者在讲解频率响应的时候,用到了“耳朵”的比喻,来描述系统对不同频率信号的响应特性,一下子就把我从枯燥的数学公式中拉了出来,让我感觉更加生动有趣。而且,在讲解完每个理论之后,都会立刻紧接着给出相应的应用场景分析,让我能及时地将理论知识与实际应用联系起来,增强了学习的动力和效果。

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这本书不仅仅是一本技术书籍,更像是一本关于“思维方式”的书。它教会我如何从系统的角度去思考问题,如何将复杂的问题分解成更小的、可控的部分。在学习过程中,我不仅掌握了自动控制的理论知识,更重要的是学会了一种分析和解决问题的科学方法。作者通过大量的案例分析,展示了如何运用自动控制的原理来优化各种系统,这让我对“控制”的理解不再局限于狭义的技术层面,而是拓展到了更广阔的领域。我开始意识到,无论是在工作还是生活中,很多问题都可以尝试用系统控制的思维方式去解决,这让我受益匪浅。这本书的价值,远超其本身的内容,它给予了我一种解决问题的“能力”和“视野”。

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这本书在最后一部分,探讨了一些比较前沿的控制技术,让我对未来的发展方向有了更清晰的认识。它不仅仅是简单地介绍这些技术,而是对这些技术的发展历程、核心思想以及未来的潜在应用进行了深入的探讨。比如,在讲到模型预测控制(MPC)时,它详细地解释了MPC的优化原理,以及它在复杂多变量系统中的优势。还对强化学习在控制领域的应用进行了展望,让我对机器学习如何赋能自动控制产生了浓厚的兴趣。这本书的结尾,并没有止步于已有的成就,而是鼓励读者去思考和探索,这让我感觉非常振奋,也为我后续的学习指明了方向。

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这本书在排版和图示方面,也做得相当用心。每章的开头都会有一个简要的概述,让我对本章内容有一个初步的了解。大量的插图、表格和流程图,将复杂的概念变得直观易懂。我尤其喜欢它在解释一些抽象的数学概念时,会配上形象的图示,比如在讲解系统的时域响应时,会配上不同曲线的图,直观地展示了上升时间、超调量、调节时间等参数。而且,书中的文字描述清晰流畅,语言风格比较严谨又不失活泼,读起来不会感到枯燥乏味。整体而言,这本书的阅读体验非常好,无论是对初学者还是有一定基础的读者,都能从中获得很大的启发。

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这本书在对控制器设计部分的讲解,可以说是我的“救星”。之前我一直对如何“设计”一个控制器感到头疼,总觉得它是一个充满试错的过程。但这本书提供了一些系统性的方法和思路。它不仅讲解了PID参数整定的一些经典方法,比如Ziegler-Nichols方法,还深入分析了各种方法的优缺点和适用范围。更让我惊喜的是,书中还介绍了模型参考自适应控制和专家系统等方法,这些方法为解决复杂工况下的控制问题提供了新的视角。我尤其欣赏它在讲解模糊PID控制的时候,不仅仅是给出了模糊规则,还详细解释了这些规则背后的逻辑,以及如何根据实际情况来调整模糊化和去模糊化的过程。这本书让我觉得,控制器设计不再是碰运气,而是可以通过系统性的方法来完成的。

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