自动控制理论实验教程

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出版者:上海大学出版社
作者:周昌民
出品人:
页数:142
译者:
出版时间:2004-8
价格:16.0
装帧:平装
isbn号码:9787810580977
丛书系列:
图书标签:
  • 自动控制
  • 控制理论
  • 实验教程
  • 自动化
  • 控制系统
  • 电路分析
  • MATLAB
  • Simulink
  • 信号处理
  • 现代控制
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具体描述

《现代控制理论:原理与实践》 本书是一本面向高等院校工科专业学生和研究人员的控制理论专著,旨在系统阐述现代控制理论的核心概念、数学模型、分析方法以及在工程实践中的应用。全书共分为八章,逻辑清晰,内容详实。 第一章 绪论 本章首先从历史发展的角度回顾了自动控制理论的起源与演进,强调了其在现代科技和社会发展中的重要地位。随后,明确了现代控制理论的研究对象、基本思想和研究内容,为后续章节的学习奠定基础。本章还介绍了控制系统的基本组成部分,如控制器、被控对象、传感器和执行器,并通过实例说明了控制系统的作用和分类。最后,展望了现代控制理论的发展趋势及其在航空航天、机器人、新能源等领域的广阔应用前景。 第二章 线性系统时域分析 本章深入探讨线性定常系统的时域响应分析方法。首先,介绍了线性系统的描述方式,包括微分方程、传递函数和状态空间方程,并详细阐述了不同描述方式之间的转换。重点讲解了零输入响应和零状态响应的概念,以及它们如何共同决定系统的全响应。接着,详细分析了典型输入信号(如单位阶跃、单位斜坡、指数函数和正弦函数)对系统行为的影响,并引入了暂态响应指标(如超调量、调节时间、上升时间、峰值时间)来量化系统的性能。此外,本章还讲解了稳定性判据,特别是劳斯稳定性判据,以及如何通过根轨迹法分析系统参数变化对系统稳定性和动态性能的影响。 第三章 线性系统频域分析 本章聚焦于线性系统的频域分析方法,提供了一种从频率响应角度理解系统行为的视角。首先,介绍了频率响应的概念,即系统对不同频率正弦输入信号的输出幅值和相位的变化。详细讲解了奈奎斯特稳定判据,通过开环频率响应曲线(奈氏图)来判断闭环系统的稳定性,并引入了幅值裕度和相位裕度来衡量系统的稳定性储备。接着,阐述了波特图分析法,通过幅频特性和相频特性曲线直观地反映系统的频率特性,并讲解了如何利用波特图进行系统的稳定性判别和性能评估。此外,本章还介绍了阿特拉斯和伯德准则,以及如何通过频率响应分析设计控制器以满足特定的性能指标。 第四章 线性系统根轨迹法 本章系统地介绍了根轨迹法的原理、绘制步骤及应用。根轨迹是闭环系统极点随开环增益变化的轨迹,它直观地反映了系统稳定性和动态性能随增益变化的规律。本章详细讲解了根轨迹的绘制方法,包括起始点与终点、渐近线、汇合点与分离点、交虚轴点以及幅角和幅值条件。通过根轨迹图,可以清晰地了解闭环极点的位置变化,进而预测系统的稳定性裕度和瞬态响应特性。此外,本章还讨论了如何利用根轨迹法设计超前、滞后和超前-滞后补偿器,以改善系统的性能。 第五章 状态空间方法 本章引入现代控制理论的核心——状态空间方法。与传递函数法主要适用于单输入单输出线性定常系统不同,状态空间方法能够更全面地描述多输入多输出(MIMO)系统,且能处理时变系统。本章首先给出了状态空间方程的标准形式,并详细讲解了如何从系统微分方程、传递函数或物理结构建立系统的状态空间模型。接着,重点阐述了系统能控性和可观性概念,并提供了判定能控性和可观性的代数判据(如卡尔曼判据)和几何判据。能控性是设计状态反馈控制器的基础,而可观性则是设计状态观测器的前提。本章还介绍了线性状态反馈实现极点配置的方法,以及如何设计状态观测器来估计不可测状态。 第六章 PID 控制器设计 本章专注于工程中最常用、最经典的控制器——比例-积分-微分(PID)控制器的设计与整定。首先,回顾了PID控制器的工作原理,分析了比例(P)、积分(I)和微分(D)作用对系统性能的影响。接着,详细介绍了PID参数整定方法,包括试凑法、凯恩-尼克斯(Ziegler-Nichols)方法(闭环调谐法和开环调谐法),以及基于模型的整定方法(如IRA法、IMC法)。本章还讨论了PID控制器的实际应用问题,如抗积分饱和、抗微分波动以及离散化PID控制器的设计。通过大量算例,帮助读者掌握PID控制器的选择与参数整定技巧。 第七章 现代控制器的设计 本章在状态空间方法的基础上,进一步探讨现代控制器的设计。重点介绍了线性二次最优控制(LQR)的设计理论,它通过最小化一个二次性能指标来确定最优的状态反馈增益,从而实现系统性能的最优化。此外,本章还介绍了最优估计理论,特别是卡尔曼滤波(Kalman Filter)的设计。卡尔曼滤波是一种最优的状态估计器,能够有效地从带有噪声的测量数据中估计系统的状态。本章还讨论了模型预测控制(MPC)的基本思想及其在解决约束和复杂动态系统问题中的优势。 第八章 控制系统仿真与实验 本章旨在指导读者如何利用仿真工具和实际实验来验证和应用控制理论知识。首先,介绍了常用的控制系统仿真软件,如MATLAB/Simulink,并演示了如何利用这些工具建立系统模型、设计控制器、进行时域和频域分析,以及生成仿真结果。接着,本章提供了一些典型的控制实验项目,涵盖了对基本控制规律(如PID控制)的验证,对不同控制器设计方法的比较,以及对实际工程系统(如直流电机调速系统、伺服系统)的建模与控制。通过这些仿真和实验,读者可以加深对控制理论原理的理解,并掌握将理论应用于实践的能力。 本书语言严谨,论证清晰,配有丰富的图表和算例,力求使读者能够系统地掌握现代控制理论的核心内容,并具备运用这些理论分析和解决实际工程问题的能力。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书我关注的点在于它能否提供一套真正具有指导意义的实验流程,帮助我从理论学习者转变为实践者。我之前学习自动控制理论时,对于状态空间分析、李雅普诺夫稳定性判据等概念,虽然在书本上理解,但总感觉缺乏一个直观的体会。《自动控制理论实验教程》这个名称让我看到了希望,我希望书中能够通过一些精心设计的实验,将这些抽象的概念具体化,让我能够通过观察实验现象来加深理解。我非常期待书中关于多输入多输出(MIMO)系统控制的实验内容,因为很多实际系统都是多变量的,而这方面的理论和实践通常更具挑战性。此外,对于一些先进的控制策略,比如模型预测控制(MPC),如果书中能够提供相关的实验案例,并且详细讲解其实现原理和调优方法,那将非常有价值。我希望这本书不仅能教会我如何操作,更能教会我如何思考,如何根据具体的系统特点选择合适的控制策略,并进行有效的系统设计和优化。

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说实话,我买这本书主要是抱着一种“学以致用”的心态。我从事的行业会涉及到一些需要精确控制的设备,虽然我不是直接的研发人员,但对底层控制原理有一定的了解和需求。我之前在一些在线课程或者技术文档里零散地学习过一些自动控制的知识,但总觉得不够系统,而且缺乏动手实践的机会。《自动控制理论实验教程》这个名字听起来就很实用,我希望它能提供一套清晰、完整、可操作的实验流程,让我能够亲手搭建、调试和分析一个自动控制系统。我特别想看到书中对于不同控制器的设计和参数整定过程的详细介绍,比如如何根据系统的特性来选择合适的控制器类型,以及如何通过实验来优化控制参数,以达到最佳的控制效果。我还希望书中能够涵盖一些实际工程中常见的问题,比如系统的鲁棒性、抗干扰能力、动态响应等,并且通过实验来展示如何分析和改进这些性能。如果书中能够提供一些关于模型辨识的实验,让我能够从实际数据出发,建立系统的数学模型,那就更好了,因为很多时候,我们并不能直接获得精确的系统模型。总而言之,我期待这本书能够成为我解决实际工程问题的得力助手,让我能够更自信地应对各种控制挑战。

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这本书的吸引力主要在于其“实验教程”的定位,这对于我这样希望将理论知识转化为实际技能的学习者来说,无疑是雪中送炭。我一直觉得,自动控制理论虽然重要,但如果没有足够的实践来印证和深化,就如同空中楼阁。我期待书中能够提供一系列精心设计的实验,从简单的系统建模,到复杂的控制器设计,再到系统的性能评估,能够形成一个完整的闭环学习过程。我特别关注书中对数字控制实验的安排,因为在当今的工程实践中,数字控制已经成为主流。书中是否会涉及一些嵌入式系统或者实时操作系统下的控制实验?另外,我对于书中如何处理非线性系统和不确定性系统的实验设计非常好奇,这往往是实际工程中最具挑战性的部分。我希望能通过这些实验,学习到如何分析实际问题,如何选择合适的控制方法,并能够有效地调试和优化控制系统,最终实现预期的控制目标。

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这本书我买来主要是想系统地梳理一下之前学习过的自动控制理论知识,并且实践一下理论与实际的结合。拿到书后,我翻了一下目录,感觉内容安排得很循序渐进,从基础的传递函数、系统建模,到状态空间分析,再到控制器设计和系统稳定性分析,都有涉及。我特别关注了实验部分,因为我一直觉得光看书本上的公式和推导,如果没有实际操作,总是感觉隔靴搔痒。这本书的实验部分貌似提供了一些具体的实验项目,这让我非常期待,希望能够通过这些实验,加深对PID控制、超控制器、卡尔曼滤波等经典控制方法的理解。我最看重的是能否通过这些实验,学习到如何将理论模型转化为实际的控制策略,并且能够对实验结果进行分析和评估。尤其是一些对于实际系统,比如电机、机械臂等对象的建模和控制,书中的实验设计是否能够体现这些实际应用的复杂性,并提供相应的解决方案,是我非常好奇的。此外,我还在想,这本书的实验平台是怎样的?是基于MATLAB/Simulink这样的仿真软件,还是提供了更贴近硬件的实验平台?如果能有硬件实验,那对提升实际动手能力将会有巨大的帮助。对于一个想要提升自动控制理论实践能力的人来说,一本好的实验教程,不仅仅是提供操作步骤,更重要的是能够教会读者如何思考,如何分析问题,以及如何解决问题。我希望这本书在这方面能够给我带来惊喜。

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我之所以会选择《自动控制理论实验教程》,是因为我希望能够通过实际操作来加深对自动控制理论的理解。我之前在大学里学习过自动控制原理,对传递函数、根轨迹、频率响应等基本概念有所了解,但总感觉这些知识比较抽象,缺乏一个直观的感受。我希望这本书能够提供一些有趣的、有代表性的实验项目,让我能够亲手搭建、调试和分析一个控制系统,从而更好地理解理论知识的实际应用。我非常期待书中关于PID控制器的设计和应用部分,希望能够通过实验来掌握如何根据系统的性能要求,来调整PID参数,以获得最佳的控制效果。我还对书中关于系统稳定性分析的实验内容非常感兴趣,希望能够通过这些实验,直观地理解Nyquist判据、Bode图等工具的实际意义。这本书如果能让我从理论走向实践,将非常有意义。

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这本书的标题《自动控制理论实验教程》对我来说,意味着一个可以连接抽象理论和具体应用的桥梁。我一直对自动控制的魅力感到着迷,但总觉得那些复杂的数学公式和理论推导,离实际应用总有一层隔阂。我希望这本书能够通过一系列精心设计的实验,将这些理论具象化,让我能够更直观地理解它们的含义和应用场景。我特别好奇书中会如何处理不同系统的建模问题,是从简单的二阶系统开始,还是直接深入到更复杂的非线性系统?书中提供的实验平台会是怎样的?是纯粹的软件仿真,还是包含硬件实验?如果是软件仿真,是基于MATLAB/Simulink,还是其他平台?如果是硬件实验,是否提供了详细的硬件搭建指南和电路图?我最关心的是,通过这些实验,我是否能够真正学会如何分析一个实际的控制问题,如何选择合适的控制策略,如何设计控制器,以及如何评估控制系统的性能。我希望这本书不仅仅是提供操作指南,更能教会我一种解决问题的思维方式。特别是在数字控制方面,我希望书中能够有所体现,毕竟现在很多控制系统都走向了数字化。

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这本《自动控制理论实验教程》我购买的初衷,是为了弥补我在控制系统设计中的实践经验不足。尽管我对自动控制的基本理论有了一定的掌握,但当我需要将理论应用于实际系统时,常常感到力不从心。我希望这本书能为我提供一套清晰、系统化的实验指导,让我能够通过动手实践,深刻理解各种控制算法的原理和应用。我非常关注书中关于系统建模的实验内容,因为准确的系统模型是设计有效控制器的前提。我希望书中能够介绍不同的建模方法,比如基于物理原理建模和基于系统辨识建模,并提供相应的实验示例。此外,对于PID控制器的设计和整定,我希望能有更深入的探讨,而不仅仅是停留在理论层面,而是通过实验来展示如何根据系统的动态特性来优化PID参数,以达到最佳的控制效果。我还对书中关于系统稳定性分析的实验部分充满期待,希望能够通过实验来直观地理解Nyquist图、Bode图等工具的实际应用,以及如何通过控制器的设计来改善系统的稳定性。这本书如果能帮助我提升在实际工程中分析和解决控制问题的能力,那将是非常有价值的。

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这本《自动控制理论实验教程》我看中的是它在理论深度和实践操作之间的平衡。我之前接触过一些自动控制的入门书籍,对基本概念有所了解,但总感觉理论知识比较零散,缺乏一个系统性的串联和深度的挖掘。这本书的标题“实验教程”立刻吸引了我,我希望它能提供一个平台,让我能够将那些抽象的数学模型和控制算法,通过具体的实验过程,变得更加生动和具体。我非常期待书中对于不同类型的系统,比如线性系统、非线性系统,以及它们在实际应用中可能遇到的干扰和不确定性,是如何通过实验来模拟和分析的。特别是对于一些高级的控制理论,例如最优控制、自适应控制,如果书中能够提供相应的实验案例,并且详细讲解实验的设计思路、参数整定方法,以及实验结果的解读,那将是我非常宝贵的学习资源。我一直觉得,掌握自动控制理论,不仅仅是记住公式,更重要的是理解公式背后的物理意义,以及如何在实际工程中应用这些理论来解决问题。一个好的实验教程,应该能够引导读者从现象到本质,从理论到实践,建立起深刻的理解。我特别关注书中是否能够体现一些现代控制理论的发展趋势,比如模糊控制、神经网络控制等,这些内容如果能出现在实验设计中,那将大大提升这本书的价值。

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我购买《自动控制理论实验教程》这本书,主要是想系统性地巩固和提升我在自动控制领域的实践能力。我之前参加过一些控制工程的项目,虽然积累了一些经验,但总感觉理论基础不够扎实,尤其是在面对一些复杂的控制问题时,往往会感到力不从心。我希望这本书能够提供一系列贴近实际应用的实验项目,涵盖从基础的线性控制到更复杂的非线性控制、自适应控制等内容。我特别关注书中关于控制器设计和参数整定部分的实验,希望能从中学习到如何根据实际系统的动态特性,选择合适的控制器类型,并进行精确的参数调整,以达到预期的控制性能。此外,我也希望书中能够包含一些关于系统辨识、鲁棒性分析、以及抗干扰能力评估的实验,因为这些都是在实际工程中非常重要的环节。如果书中能够提供详细的实验步骤、仿真模型、以及对实验结果的深入分析,那将对我极具参考价值,帮助我更自信地投入到实际的控制系统开发中。

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我选择《自动控制理论实验教程》这本书,主要是因为它强调“实验”二字。在学习自动控制理论的过程中,我常常感到理论知识与实际操作之间存在一定的鸿沟,很多抽象的概念和公式,在没有实际应用场景的支撑下,显得有些晦涩难懂。我希望这本书能够通过具体的实验项目,将这些理论知识落地,让我能够亲身感受到控制系统是如何工作的。我非常想知道书中会涵盖哪些类型的控制系统,比如是传统的线性控制,还是包含了模糊控制、神经网络控制等现代控制技术?实验平台会是怎样的?是基于Simulink这样的仿真工具,还是提供了实物搭建的实验装置?我期待书中能够提供详细的实验步骤、实验数据采集和处理方法,以及对实验结果的深入分析。尤其是一些关于系统辨识、参数整定、以及抗干扰能力分析的实验,如果能够清晰地展现出来,那将对我非常有帮助。我希望通过这本书的学习,我能够掌握设计和调试自动控制系统的基本方法,并且能够对实际工程中的控制问题有一个更深刻的理解。

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