自动控制原理及其应用

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出版者:高等教育出版社
作者:黄坚
出品人:
页数:187
译者:
出版时间:2001-7
价格:14.50元
装帧:
isbn号码:9787040098235
丛书系列:
图书标签:
  • 自动控制
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具体描述

《自动控制原理及其应用》是教育部高职高专规划教材。全书介绍了经典控制理论的基本概念,基本理论和基本分析方法。主要内容有:控制系统的数学模型、时域分析法、频率特性法、控制系统的校正与设计、采样控制系统分析等。各章除有小结和习题外,大多配有实例。

全书强调理论的工程应用。将电力拖动自动控制系统的工程设计和分析方法作为自控原理的自然延伸,使二者有机地结合起来。全书力求突出物理概念,尽量减少繁琐的数学推导,叙述深入浅出,通俗易懂,具有一定的特色。

《自动控制原理及其应用》适用于高职、高专、成人高校以及本科院校举办的二级职业技术学院电气、自动化及机电类专业,也可供有关专业的师生和从事自动化工作的工程技术人员参考。

《现代控制理论与工程实践》 一、 现代控制理论的核心概念与发展 本书旨在深入剖析现代控制理论的精髓,并结合前沿工程实践,为读者构建一个全面而深入的认知体系。我们将从经典控制理论的局限性出发,引申出状态空间方法的强大优势,进而探讨线性系统、非线性系统以及离散时间系统的建模与分析。 1. 状态空间方法的崛起与应用 状态变量的定义与意义: 详细阐述状态变量如何捕获系统的内部动态,并将其从输入输出的视角中解放出来,为复杂系统的分析提供基础。 线性系统状态方程: 深入分析连续时间线性时不变(LTI)系统和离散时间线性时不变(LTI)系统的状态方程表示形式,包括其数学特性和物理意义。 可控性与可观性: 详细讲解可控性和可观性的概念,探讨其判定方法(如格拉姆矩阵法、秩判别法)以及在系统设计中的重要作用,例如可控性与极点配置、可观性与状态观测器设计之间的联系。 能控性与能观性: 区分能控性与可控性、能观性与可观性,重点阐述它们的几何意义和在不同系统类型下的辨析。 2. 非线性系统的分析与设计 非线性系统的建模: 介绍描述非线性系统的各种方法,如泰勒展开、分段线性化、模糊模型等,并分析不同建模方法的优劣。 平衡点与稳定性分析: 深入研究非线性系统的平衡点概念,并详细阐述李雅普诺夫稳定性理论,包括直接法和间接法,以及渐近稳定性、指数稳定性等概念。 李雅普诺夫函数的构造: 提供多种李雅普诺夫函数的构造技巧和示例,帮助读者掌握分析非线性系统稳定性的关键手段。 反馈线性化与输入-状态线性化: 阐述如何通过反馈控制将非线性系统转化为等效的线性系统,以及输入-状态线性化在处理具有时变参数或外部扰动的系统时的应用。 3. 现代控制系统的设计方法 极点配置(Pole Placement): 详细讲解如何通过状态反馈实现任意极点配置,并探讨其在调节系统响应速度和稳定裕度方面的作用。 最优控制(Optimal Control): 介绍线性二次型调节器(LQR)的设计原理和求解方法,重点解析二次型性能指标的含义,以及LQR在权衡系统性能和控制能量上的优势。 状态观测器设计(State Observer Design): 讲解状态观测器的基本原理,包括 Luenberger 观测器和卡尔曼滤波器,以及它们在估计不可测量状态变量时的作用。 鲁棒控制(Robust Control): 探讨系统参数不确定性或外部扰动对系统性能的影响,介绍H∞控制、μ-分析等鲁棒控制方法,旨在设计对不确定性具有良好鲁棒性的控制器。 模型预测控制(Model Predictive Control, MPC): 阐述MPC的基本思想,即利用系统模型预测未来行为并优化控制输入,重点介绍其在处理约束、多变量耦合系统中的优势。 二、 控制工程实践中的关键技术与应用案例 本书不仅仅停留在理论层面,更注重将现代控制理论应用于实际工程问题。我们将通过一系列典型的工程应用案例,展示理论知识的实践价值。 1. 机器人与自动化系统 机器人运动控制: 探讨如何应用状态反馈和极点配置技术实现机器人关节的精确运动控制,以及如何在机器人轨迹跟踪中使用最优控制。 伺服系统设计: 分析伺服系统的建模与控制,特别是如何利用PID控制和现代控制方法(如LQR)优化伺服系统的动态性能。 自动化生产线调度与优化: 介绍如何运用多智能体系统、强化学习等技术对自动化生产线进行优化调度,提高生产效率。 2. 航空航天与飞行器控制 飞行器姿态控制: 讲解如何设计姿态稳定系统,利用卡尔曼滤波器估计姿态信息,并通过状态反馈实现稳定飞行。 惯性导航系统(INS)与GPS融合: 阐述卡尔曼滤波器在融合INS和GPS数据中的关键作用,以提高导航精度。 无人飞行器(UAV)路径规划与控制: 探讨无人机在高层级任务中的路径规划,以及低层级姿态和速度的精确控制。 3. 能源与电力系统 电网稳定控制: 分析电力系统中的非线性动力学特性,介绍如何利用先进控制策略(如MPC)来提高电网的稳定性和韧性。 可再生能源并网控制: 探讨风力发电、太阳能发电等可再生能源并网时的控制问题,包括功率预测、逆变器控制等。 能源储存系统优化: 分析电池储能系统、抽水蓄能等系统的运行优化,以提高能源利用效率。 4. 生物医学工程与过程控制 生物反应器控制: 介绍如何对生物反应器的关键参数(如温度、pH值、溶解氧)进行精确控制,以优化微生物生长和产物合成。 药物输送系统设计: 探讨如何设计闭环控制系统,实现对体内药物浓度的精确调控。 工业过程自动化: 涵盖化工、冶金、食品等领域的典型过程控制问题,如温度、压力、流量的调节。 三、 前沿控制技术与展望 本书还将对一些当前热门和具有发展前景的控制技术进行介绍,并展望未来的发展方向。 智能控制与机器学习: 探讨神经网络、模糊逻辑、遗传算法在控制系统设计中的应用,以及机器学习如何赋能自适应控制和预测性维护。 分布式控制与网络化控制系统: 介绍多智能体协作、分布式优化等概念,以及网络延迟、丢包等对控制系统性能的影响。 自适应控制与滑模变结构控制: 讲解如何设计能够根据系统参数变化而自动调整控制规律的自适应控制器,以及滑模控制在处理强耦合、模型不确定性系统中的应用。 本书特色: 理论与实践紧密结合: 深入浅出的理论讲解与丰富的工程案例相辅相成。 系统性与前瞻性并存: 涵盖现代控制理论的核心内容,并触及前沿技术。 数学工具的讲解: 对必要的数学工具(如线性代数、微分方程、复变函数)进行回顾或简要介绍,降低阅读门槛。 启发式思考: 鼓励读者独立思考,将所学知识应用于解决实际工程问题。 通过阅读本书,读者将能够深刻理解现代控制理论的原理,掌握设计和应用先进控制系统的能力,为应对日益复杂的工程挑战做好准备。

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读后感

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这本《自动控制原理及其应用》真是让我耳目一新!作为一名非科班出身但对技术充满好奇的读者,我一直觉得自动控制这个领域听起来既高深莫测,又似乎隐藏着许多解决现实世界问题的钥匙。拿到这本书,我原本以为会是一堆晦涩难懂的公式和理论,但事实并非如此。作者用一种循序渐进的方式,从最基础的概念讲起,比如什么是反馈、什么是稳定性,并且大量运用了生活中常见的例子,比如恒温器、汽车的巡航控制系统,甚至我家的扫地机器人,来解释抽象的原理。这让我一下子就拉近了与知识的距离。尤其是关于传递函数和根轨迹的章节,通过丰富的图示和计算示例,我终于能理解它们是如何描述一个系统动态行为的。之前看过的很多科普文章,虽然有趣,但总感觉少了些深度,而这本书恰恰弥补了这一点,既有理论的严谨,又不失应用的鲜活。最令我印象深刻的是,它并没有止步于理论,而是花了很大篇幅介绍实际的应用案例,从工业生产线上的机器人手臂控制,到航空航天的飞行器姿态调整,再到电网的稳定运行,这些内容让我看到了自动控制技术如何在幕后默默地支撑着现代社会的运转,真的让人感叹科技的力量。这本书的语言也相当友好,即使是第一次接触这些概念的读者,也能相对轻松地理解。

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这本书《自动控制原理及其应用》给我最直观的感受是,它不仅仅是一本教科书,更像是一本指导工程师解决实际问题的工具书。它的逻辑清晰,从基础理论到高级应用,层层递进,让我这个初学者也能逐步掌握核心概念。尤其是在讲到反馈控制系统和稳定性分析时,作者运用了很多生动形象的比喻,比如“保持平衡的走钢丝的人”,让我一下子就理解了反馈在维持系统稳定中的关键作用。而且,书中关于根轨迹和频率响应的讲解,配合大量图例,将原本枯燥的数学分析变得直观易懂。我最看重的是它在应用部分的丰富性,从最基础的工业过程控制,到更复杂的航空航天和机器人领域,都有详细的案例分析。这些案例不仅让我看到了自动控制技术的广泛应用,更让我学会了如何将理论知识应用到实际工程问题中去。书中还提到了现代控制理论的一些基本概念,为我进一步深入学习打下了基础。总的来说,这本书的优点在于其理论的严谨性、应用的广泛性以及讲解的易懂性,它真的能帮助读者将自动控制原理融会贯通,并灵活应用于各种实际场景。

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我是一名在自动化生产线上工作的工程师,每天都和各种机械臂、传送带打交道,所以对《自动控制原理及其应用》这本书特别关注其在工业自动化领域的应用。这本书在这方面的内容非常贴合实际工作需求。它详细介绍了各种常见的工业控制器,尤其是PID控制器,不仅讲解了其原理,还深入分析了如何整定PID参数以达到最佳控制效果,这对我日常工作中遇到的各种参数调整问题提供了非常实用的指导。书中还介绍了模糊逻辑控制、神经网络控制等一些先进的控制策略,以及它们在解决传统PID控制器难以处理的非线性、时变系统问题上的优势。我印象深刻的是,书中列举了许多具体的工业应用案例,比如轧钢机、化工反应釜的温度控制,以及机器人轨迹跟踪等。这些案例不仅展示了控制技术的强大能力,还为我们提供了解决类似问题的思路和方法。此外,本书还涉及了故障诊断和容错控制等内容,这对于提高工业系统的可靠性和安全性至关重要。读完这本书,我感觉自己对如何更有效地管理和优化工业生产流程有了更深的理解。

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坦白说,我是一个对数学建模和算法有一定基础的读者,所以我在看《自动控制原理及其应用》这本书时,更关注它在模型建立和状态空间方法上的内容。这本书在这方面表现得相当出色。它从如何将物理系统抽象成数学模型开始,讲解了各种建模技术,包括微分方程建模、传递函数建模,以及更高级的状态空间建模。我非常欣赏它在状态空间方法上的详尽讲解,包括状态方程和输出方程的推导,以及如何通过状态变量来全面描述系统的内部动态。书中对可控性、可观测性等概念的阐述,以及它们在系统设计中的意义,让我受益匪浅。特别是它引入了现代控制理论的一些概念,比如卡尔曼滤波在状态估计中的应用,这对于处理包含噪声的实际系统非常有帮助。此外,本书还讨论了离散时间系统的控制问题,包括Z变换和离散状态空间方程,这对于处理数字控制器设计非常有价值。书中提供的许多例子,都是基于实际工程问题,这让我能够将这些抽象的数学工具与具体应用场景联系起来。总的来说,这本书为我理解和应用更复杂的控制算法打下了坚实的基础。

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我最近在研究一些自动化设备的设计,所以特意找了这本书来深入学习。《自动控制原理及其应用》这本书在系统分析部分做得非常扎实。它详细讲解了时域分析和频域分析这两种核心的分析方法。时域分析部分,对瞬态响应和稳态响应的讲解非常清晰,特别是关于一阶和二阶系统的响应特性,通过各种参数的变化如何影响系统行为的描述,让我对系统的动态过程有了更直观的认识。我尤其喜欢它对阻尼比和自然频率的解释,这些参数在实际系统中起着至关重要的作用。而频域分析部分,关于伯德图、奈奎斯特图和尼柯尔斯图的介绍,简直是打开了新世界的大门。通过这些图形化的工具,我可以直观地判断系统的稳定性、带宽和相位裕度,这对于后续进行系统设计和优化至关重要。书中还穿插了大量的工程实践案例,比如如何根据系统性能要求来选择合适的控制器参数,如何通过补偿器来改善系统的频率响应。这些内容对于我将理论知识转化为实际工程应用提供了宝贵的指导。而且,书中对不同类型的控制器,如PID控制器、超前/滞后补偿器等,都有详尽的阐述和应用分析,这为我解决实际设计难题提供了多种思路和方法。

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