自动控制理论基础(上册) (平装) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京理工大学出版社

作者:杨位钦

出品人:

页数:409

译者:

出版时间:1991-12

价格:21.5

装帧:平装

isbn号码:9787810134644

丛书系列:

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《机械系统动力学分析与设计》 内容简介 本书是一部系统阐述机械系统动力学分析与设计理论的专著。全书共分为十一章，内容涵盖了从基础的机械振动理论到复杂的非线性系统分析，以及现代机械系统设计方法和仿真技术。本书旨在为机械工程、自动化、航空航天、机器人学等领域的工程师、研究人员和高年级本科生、研究生提供一套全面而深入的理论指导和技术参考。 第一章 绪论 本章首先介绍机械系统动力学的基本概念和研究范畴，强调动力学分析在机械系统设计、性能评估和故障诊断中的关键作用。回顾了动力学研究的历史沿革和发展趋势，引出本书将要探讨的核心问题，如系统建模、运动学与动力学方程推导、振动分析、系统稳定性等。同时，对现代机械系统的特点，例如多体耦合、非线性特性、智能化控制等进行了初步的阐述，为后续章节的学习奠定基础。 第二章 机械系统建模基础 本章着重讲解构建机械系统动力学模型的方法。首先，从离散系统和连续系统两类基本模型出发，介绍拉格朗日方程、牛顿-欧拉方程等经典建模方法。在此基础上，引入多体系统动力学（MBS）的概念，详细讲解如何将复杂的机械系统分解为一系列刚体或柔性体，并通过连接件和约束来描述它们之间的相对运动。重点阐述自由度分析、约束方程的建立、质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵的推导过程，以及如何处理各种类型的约束（如转动副、移动副、球铰、固定约束等）。最后，介绍坐标选择、广义坐标的选取原则以及运动学逆解和正解的基本概念，为后续的动力学方程求解奠定基础。 第三章 线性振动理论 本章深入探讨线性振动系统的基本理论。从单自由度系统的自由振动、受迫振动、阻尼振动入手，详细推导并分析系统的固有频率、阻尼比、模态等关键参数。在此基础上，扩展到多自由度系统的振动分析，包括齐次方程的求解、特征值问题、振型分析等。重点讲解振动解耦方法（如模态叠加法），以及如何通过瑞利商等近似方法求解高阶系统的固有频率。最后，介绍一些典型的线性振动系统，如弹簧-质量系统、梁的振动等，并讨论共振现象及其危害。 第四章 阻尼与非线性振动 本章转向研究实际机械系统中普遍存在的阻尼和非线性特性。详细介绍不同类型的阻尼，包括粘性阻尼、库仑阻尼（干摩擦）、滞后阻尼等，并分析其对系统响应的影响。重点讲解非线性振动系统的特点，如超谐振、次谐振、倍频共振、跳跃现象等。介绍分析非线性振动的方法，如线性化方法、平均法、多尺度法、庞加莱截面法等。讨论一些典型的非线性振动方程，例如范德堡方程、杜芬方程等，并分析其特有的动力学行为。 第五章 连续体动力学 本章将动力学分析的范围扩展到连续体，如梁、杆、板、壳等弹性体。介绍弹性力学的基础知识，包括应力、应变、本构关系等。重点讲解如何利用偏微分方程来描述连续体系统的振动，如梁的欧拉-伯努利方程、铁木辛柯梁方程等。介绍求解连续体振动方程的常用方法，如分离变量法、瑞利-里兹法、有限元法等。讨论连续体系统的模态分析，以及如何将连续体系统转化为等效的离散系统模型。 第六章 状态空间方法与稳定性分析 本章引入系统分析的现代工具——状态空间方法。详细介绍如何将动力学方程表示成状态空间形式，并阐述状态变量、输入变量、输出变量等概念。深入探讨线性定常系统的稳定性判据，包括李雅普诺夫第二方法、根轨迹法、奈奎斯特判据、伯德图法等。分析系统在外部扰动下的响应行为，以及如何通过改变系统参数来改善稳定性。重点讲解线性系统的渐近稳定性、指数稳定性等概念，并给出判断依据。 第七章 现代控制理论基础 本章介绍与机械系统动力学密切相关的现代控制理论基础。从反馈控制的基本概念出发，介绍PID控制、状态反馈控制、观测器设计等经典控制方法。在此基础上，引入最优控制的概念，如LQR（线性二次调节器）设计，以及模型预测控制（MPC）等先进控制策略。讲解如何利用现代控制理论来设计控制器，以改善机械系统的性能，如提高跟踪精度、抑制振动、增强鲁棒性等。 第八章 机器人动力学 本章聚焦于机器人动力学。详细介绍机器人系统建模的特点，包括连杆、关节、末端执行器等。讲解如何利用牛顿-欧拉法、拉格朗日法等方法推导机器人的运动方程。重点讨论正动力学问题（已知关节轨迹，求解关节力矩）和逆动力学问题（已知关节力矩，求解关节轨迹）。分析机器人动力学方程中的耦合项、科里奥利力、离心力等，并介绍如何进行动力学仿真。 第九章 车辆动力学 本章深入探讨车辆动力学的理论与应用。分析车辆的简化模型，如质点模型、刚体模型。重点研究车辆的行驶动力学，包括驱动力、制动力、空气阻力、滚动阻力等。详细讲解车辆的转向动力学，包括轮胎模型（如魔术公式）、悬架系统、车身动力学等。分析车辆在不同工况下的运动响应，如直线行驶、转弯、制动、加速等，并介绍车辆稳定性控制（VSC）等相关技术。 第十章 机械系统仿真技术 本章介绍常用的机械系统仿真技术。详细讲解数值积分方法，如欧拉法、龙格-库塔法等，在求解动力学方程中的应用。介绍多体动力学仿真软件（如ADAMS、Simpack）的基本原理和使用方法。讲解如何利用有限元分析软件（如ANSYS、ABAQUS）进行结构动力学分析。讨论仿真模型与实际系统之间的差异，以及如何进行仿真结果的验证和评估。 第十一章 复杂机械系统分析与案例研究 本章将前面章节的理论知识融会贯通，通过多个实际的复杂机械系统案例进行深入分析。涵盖了从航空发动机涡轮叶片的振动特性分析，到高精度机床的动态性能优化，再到仿生机械臂的运动控制策略设计等。通过这些案例，读者可以更直观地理解动力学理论在解决工程实际问题中的应用，以及如何综合运用多种分析和仿真工具来解决复杂的设计挑战。 结论 本书力求内容严谨、逻辑清晰、理论与实践相结合。通过对本书的学习，读者将能够掌握机械系统动力学分析的核心理论和方法，并能熟练运用现代仿真工具进行复杂机械系统的建模、分析和设计，为解决实际工程问题提供有力的理论支撑和技术手段。

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这本书的理论深度和广度拿捏得相当到位，完全体现了“基础”二字的内涵。它没有沉溺于太过高深的现代控制理论的数学细节，而是将精力集中在了经典控制理论的基石之上，像是根基不牢的地基，任何高楼大厦都无法建立。我特别欣赏作者在引入频率域分析方法时所展现的逻辑严密性。从波德图到奈奎斯特图，每一个图形的生成逻辑、参数的物理意义，乃至它们如何直接揭示系统的稳定裕度和性能指标，都被剖析得淋漓尽致。书中对于稳定性的讨论，不仅停留在李雅普诺夫稳定性的理论层面，更注重如何通过根轨迹分析来直观地看到系统极点移动对暂态响应的影响——那个动态变化的根轨迹图，简直是理解系统设计权衡的“可视化向导”。对于一个希望未来能从事实际工程设计的人来说，这种既懂“为什么”又知“怎么做”的知识结构，才是最宝贵的财富。它教会我的不只是公式的套用，更是对物理过程背后控制逻辑的深刻洞察。

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说实话，很多工科教材的习题设计往往是“食之无味，弃之可惜”的鸡肋，要么太简单，只能验证公式是否抄对；要么太偏怪，脱离实际应用场景，让人摸不着头脑。但这本书的习题设置，看得出是下了真功夫的。它非常巧妙地将理论知识点融入到了一系列精心设计的案例中。比如，某一组习题可能专注于一个二阶系统的阻尼比变化对超调量的影响，紧接着下一组就要求你根据给定的时域响应曲线，反推出系统的物理参数范围。这些题目设计得极富层次感，每一层级的递进都恰到好处地巩固了前一个知识点，并为下一个更复杂的概念做铺垫。更棒的是，书后附带的参考答案和详细解题步骤，不仅仅是给出了最终结果，而是像课堂辅导一样，清晰地展示了关键的推导步骤和思考路径。这使得我在遇到卡壳的地方时，可以对照着找出自己的思维盲区，而不是简单地抄录答案，这种对自我学习的促进作用，是任何高质量教材都应具备的特质。

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这本书的装帧设计简直是教科书的典范，那种沉甸甸的纸质感，拿到手里就让人感到踏实，仿佛触摸到了知识的重量。封面设计简洁而不失专业性，没有花里胡哨的装饰，黑白灰的主色调非常符合工科教材的调性。内页的排版布局也极其用心，字体大小适中，段落之间的留白恰到好处，使得即便是初次接触自动控制理论这样深奥的学科，阅读起来也不会感到视觉疲劳。尤其值得称赞的是那些复杂的数学公式和系统框图，印刷得极其清晰锐利，即使用放大镜去看那些密集的符号，细节也毫发毕现，这对于需要反复对照公式进行推导的学习者来说，简直是福音。装订工艺看得出是下了血本的，因为这本书内容厚实，需要经常翻阅和做标记，平装本的韧性出乎意料地好，我用力摊开放在桌面上，它能平稳地保持住那个角度，不用费力去按压书脊，这极大地提升了我在阅读过程中记录和演算的便利性。总而言之，从物理层面上讲，这是一本让人愿意捧在手里细细研读的“硬核”读物，绝非那种轻飘飘、一翻就散架的廉价印刷品。

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我最近正在努力啃下控制理论这块硬骨头，市面上相关的书籍汗牛充栋，但很多要么过于抽象，要么侧重于特定应用领域，让我这个想打好基础的初学者感到无所适从。这本书的叙述方式简直像是一位经验丰富、极富耐心的导师在耳边低语。它不像某些教材那样，上来就抛出一大堆定义和定理，而是非常耐心地从物理系统的建模开始讲起，将抽象的微分方程与我们熟悉的机械运动、电路原理紧密联系起来。作者在解释诸如传递函数、系统响应这类核心概念时，总能提供生活化或工程中的直观类比，比如用汽车的油门和刹车系统来解释反馈控制的必要性。最让我感到惊喜的是，对于拉普拉斯变换这个初学者普遍感到棘手的部分，作者没有一笔带过，而是用大量的篇幅，配以清晰的步骤分解和应用场景解析，让我第一次对这个强大的数学工具产生了“原来如此”的顿悟感。这种由浅入深、步步为营的讲解节奏，非常适合自学者的认知曲线，让人感觉每翻过一页，知识点都是坚实地嵌入脑海中的，而不是漂浮在表面的概念堆砌。

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这本书在逻辑承接和知识体系的完整性上，几乎达到了教科书的“教科书级别”。读完整套上册后，我感觉自己对线性时不变系统的基础理论已经建立起了一个非常坚固、自洽的知识框架。作者对于状态空间法的引入非常自然且具有前瞻性，它不是生硬地插进来作为一种替代方法，而是作为对经典控制理论局限性的自然延伸和补充。从时域的微分方程组到频域的传递函数矩阵，书中清晰地勾勒出不同数学描述形式之间的等价性与互补性。这种体系化的构建，避免了学生在学习过程中产生“知识孤岛”的现象——即掌握了某一部分但无法与整体关联起来。对于我这种需要将控制理论作为工具箱来使用的工程学习者而言，这种清晰的脉络梳理至关重要，它确保了我在后续学习更高级的如最优控制、鲁棒控制时，不会因为基础概念的模糊而寸步难行。这本书为后续的深入学习打下了扎实到近乎完美的基石。

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