CONTROL SYSTEMS ENGINEERING pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:John Wiley & Sons Inc (sea) Pte Ltd (2000年1月1日)

作者:Norman S Nise

出品人:

页数:972 页

译者:

出版时间:2000年01月

价格:125.0

装帧:平装

isbn号码:9789971513238

丛书系列:

图书标签:

• 控制系统工程
• 自动控制
• 反馈控制
• 系统分析
• 系统设计
• 控制理论
• MATLAB控制
• 现代控制
• 经典控制
• 工程控制

《自动控制原理：系统分析与设计》 本书深入探讨自动控制系统的基本理论、分析方法以及设计技术，为读者构建一套扎实的学科基础。内容涵盖了从经典控制理论到现代控制理论的广泛领域，旨在培养读者理解、分析和设计复杂控制系统的能力。 第一部分：系统建模与时域分析 本部分着重于建立和分析动态系统的数学模型，为后续的控制设计奠定基础。 第一章：系统描述与输入-输出模型 物理系统的建模： 介绍如何将实际的物理系统（如机电系统、热系统、液压系统等）抽象为数学模型。我们将重点关注如何识别系统的关键组件、参数和相互作用，并将其转化为代数方程、微分方程或传递函数。 微分方程的建立： 详细阐述利用物理定律（如牛顿第二定律、基尔霍夫定律、能量守恒定律等）建立系统微分方程的方法。我们将演示如何处理线性与非线性系统，以及如何进行模型简化。 拉普拉斯变换及其应用： 介绍拉普拉斯变换的性质和求解线性常系数微分方程的实用技巧。通过拉普拉斯变换，我们可以将时域中的微分方程转化为复频域（s域）的代数方程，极大地简化了分析过程。 传递函数： 定义并推导系统的传递函数，理解其作为系统输入-输出关系的本质。我们将探讨传递函数的零极点、增益等关键信息如何反映系统的动态特性，以及如何利用传递函数进行系统级联和反馈连接的分析。 系统框图与信号流图： 介绍如何绘制系统框图和信号流图来直观地表示系统的组成部分和信号流动。我们将讲解 Mason 增益公式等图解法，用于求解复杂多回路系统的闭环传递函数。 第二章：瞬态响应分析 标准输入信号： 分析系统对典型输入信号（如单位阶跃、单位斜坡、单位脉冲、正弦信号）的响应。理解不同输入信号的物理意义及其在系统分析中的作用。 一阶与二阶系统的动态响应： 深入研究一阶和二阶系统的瞬态响应特性。我们将定义和分析诸如时间常数、上升时间、峰值时间、超调量、调节时间等关键性能指标，并探讨参数变化对这些指标的影响。 阻尼比与自然频率： 重点解析二阶系统的阻尼比（ζ）和自然频率（ωn）这两个重要参数，它们决定了系统的响应类型（欠阻尼、临界阻尼、过阻尼）以及响应的快慢和振荡特性。 稳定性初步分析： 引入稳定性概念，讨论系统在初始扰动消失后是否能回到平衡状态。通过瞬态响应的特征，对系统的稳定性进行初步判断。 第三章：稳态误差分析 稳态误差的定义与意义： 定义稳态误差，即在系统达到稳态后，输出量与期望输入量之间的差异。分析稳态误差对系统性能的影响。 稳态误差的计算： 介绍如何利用系统的传递函数和输入信号的类型，通过终值定理计算系统的稳态误差。 系统型别与误差系数： 引入系统型别（type）的概念，以及位置误差系数、速度误差系数和加速度误差系数。阐述系统型别如何决定系统对不同类型输入信号的稳态误差特性。 减小稳态误差的方法： 探讨通过调整控制器结构（如增加积分环节）或改变系统参数来减小稳态误差的策略。 第二部分：频率响应分析与稳定性判断 本部分将从频率域的角度分析系统的动态特性，并提供严谨的稳定性判断方法。 第四章：频率响应分析 频率响应的概念： 将输入信号视为不同频率的正弦波的叠加，分析系统对不同频率信号的幅度和相位的响应。理解频率响应如何揭示系统在高频和低频段的行为。 幅频特性与相频特性： 绘制系统的幅频特性曲线（Bode 图的幅频部分）和相频特性曲线（Bode 图的相频部分）。这些曲线是分析系统频率响应的关键工具。 Nyquist 稳定性判据： 详细讲解 Nyquist 判据，通过分析开环传递函数的 Nyquist 回归图，来判断闭环系统的稳定性。我们将讨论 Nyquist 判据的绘制方法、参数的意义以及如何处理特殊情况（如开环极点在右半平面）。 Bode 图及其应用： 介绍 Bode 图（幅频对数-频率曲线和相频对数-频率曲线）的绘制方法和分析技巧。我们将演示如何利用 Bode 图来估计系统的增益裕度和相位裕度，从而初步判断系统的稳定性。 增益裕度与相位裕度： 定义增益裕度和相位裕度，并解释它们作为系统稳定性储备的意义。我们将学习如何通过 Bode 图快速评估系统的稳定性。 第五章：根轨迹分析 根轨迹的概念与绘制： 介绍根轨迹的概念，即闭环系统极点随比例增益 K 变化的轨迹。详细讲解绘制根轨迹的规则和步骤，包括起点、终点、渐近线、分离点、交叉点等。 根轨迹对系统性能的影响： 分析根轨迹的形状如何反映闭环系统的动态响应特性，例如超调量、调节时间等。通过根轨迹，可以直观地选择合适的控制器增益以获得期望的性能。 根轨迹法在控制器设计中的应用： 演示如何利用根轨迹法来设计比例控制器、比例-积分（PI）控制器、比例-微分（PD）控制器等，以改善系统的瞬态响应和稳态精度。 第六章：稳定性判据 Routh-Hurwitz 稳定性判据： 介绍 Routh-Hurwitz 判据，通过分析特征方程的系数来判断系统的稳定性，而无需求解极点。我们将详细讲解 Routh 表的构建方法和判据的应用。 判断线性定常系统的稳定性： 总结并比较 Routh-Hurwitz 判据、Nyquist 判据和根轨迹法在判断线性定常系统稳定性方面的优缺点和适用范围。 第三部分：控制器设计与补偿 本部分将重点介绍如何设计各种类型的控制器以及补偿器，以改善系统的性能。 第七章：PID 控制器设计 PID 控制器原理： 深入讲解比例（P）、积分（I）和微分（D）控制的作用及其组合（PID）的原理。理解每个环节如何影响系统的瞬态响应、稳态精度和抗扰能力。 PID 参数整定方法： 介绍多种实用的 PID 参数整定方法，包括 Ziegler-Nichols 方法、试凑法以及基于根轨迹和频率响应的方法。 PID 控制器的应用实例： 通过具体的工程实例，展示 PID 控制器在工业自动化中的广泛应用，以及如何根据具体需求调整参数。 第八章：超前、滞后和超前-滞后补偿器设计 补偿器的基本原理： 介绍超前补偿、滞后补偿和超前-滞后补偿的设计目标，即改善系统的动态性能，如提高系统的带宽、减小相位滞后、改善稳态特性等。 设计方法： 详细讲解基于频率响应（ Bode 图）的超前、滞后和超前-滞后补偿器的设计方法。我们将演示如何选择补偿器的参数来满足性能指标的要求。 补偿器的实现： 讨论补偿器在实际系统中的实现方式，例如通过模拟电路或数字控制器。 第四部分：状态空间分析与设计 本部分将引入现代控制理论的数学工具——状态空间方法，用于分析和设计更复杂的系统。 第九章：状态空间模型 状态向量与状态方程： 定义状态向量，并引入描述系统内部状态如何随时间变化的线性状态方程。 传递函数与状态空间模型之间的转换： 讲解如何从传递函数推导出状态空间模型，以及如何从状态空间模型得到传递函数。 可控性与可观测性： 定义系统的可控性和可观测性，并介绍如何通过矩阵秩条件来判断。这对于控制器和观测器的设计至关重要。 第十章：状态反馈控制设计 极点配置： 介绍如何利用状态反馈来实现期望的闭环极点配置，从而获得所需的系统动态响应。 最小阶观测器设计： 讲解如何设计状态观测器来估计系统的状态，当系统的所有状态无法直接测量时。 现代控制方法在系统设计中的优势： 总结状态空间方法在处理多输入多输出（MIMO）系统、非线性系统以及进行最优控制设计方面的优势。 本书结构清晰，理论与实践相结合，配有丰富的例题和习题，旨在帮助读者深入理解自动控制系统的原理，并具备独立分析和设计控制系统的能力，为后续深入学习或工程实践打下坚实基础。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

阅读体验方面，这本书的排版设计堪称典范，这是我读过的技术书籍中排版最舒服的一本，没有之一。通常，理工科的教材为了节省空间或者追求信息的密度，常常把公式和文字挤在一起，让人阅读起来非常吃力，需要不断地回头查找上下文。但这本书的作者显然非常注重读者的阅读感受，公式独立成段，重要的定义和定理用粗体或不同字号突出显示，甚至连图表的质量都非常精细，线条清晰，标注明确，完全没有那种“影印版”的廉价感。我发现自己可以非常流畅地跟着作者的思路走，很少出现“断链”的感觉。此外，书中的语言风格保持了一种恰到好处的平衡：既有学术的严谨性，保证了内容的准确无误，又没有过度使用晦涩难懂的行话，使得即便是跨专业的读者也能较快地进入状态。这种对细节的关注，体现了作者对知识传播的极高责任感，让学习过程变成了一种享受，而不是一种煎熬。

评分☆☆☆☆☆

这本书在连接理论与实践方面的努力是极其值得称赞的。我发现，很多理论书籍在讲完一堆抽象的数学模型后就戛然而止，留给读者的疑问是：“这玩意儿在现实世界里到底怎么用？”这本书则完全避免了这个问题。它在关键的理论章节后，都紧跟着一到两个详细的案例研究，这些案例不仅仅是简单的参数代入，而是深入探讨了实际系统中可能遇到的非理想因素，比如传感器噪声、执行器饱和等。例如，在讨论数字控制时，它没有只停留在Z变换的理论层面，而是详细地分析了采样周期的选择对系统稳定性和性能的影响，这对于正在进行嵌入式系统开发的工程师来说，无疑是极其宝贵的实践指导。它教会我的不是如何套用公式，而是如何根据实际的物理约束和性能指标，反向推导出最合适的控制策略和参数范围。这种深度融合了数学严谨性与工程实用性的做法，使得这本书的价值远超一本普通的参考书，它更像是一本实战手册。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书最深刻的印象，是它对“系统思维”的培养所起到的作用。在学习现代控制理论的过程中，最大的挑战之一是如何打破将系统拆解成独立模块的思维定势，转而用一个整体的眼光去看待复杂的动态过程。这本书通过其精妙的章节组织和内容编排，潜移默化地引导读者建立了这种全局观。它不断地强调反馈回路的本质作用，无论是在经典控制还是现代控制的框架下，核心思想始终是闭环。作者在讨论不同控制设计方法时，总是会穿插对比它们在处理系统不确定性和外部扰动时的优劣，这迫使读者去思考不同方法的适用边界。读完这本书，我感觉自己不仅掌握了一套解决特定控制问题的工具箱，更重要的是，获得了一种看待和分析任何复杂动态系统的底层逻辑和方法论。这对于我未来在处理更前沿、更交叉领域的工程问题时，将是一个坚实的思维基础，其意义已经超越了学科本身，渗透到解决复杂问题的能力层面。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就让人眼前一亮，那种沉稳的蓝色调搭配着简洁的字体，透露着一种专业和严谨的气息。我拿到手的时候，首先注意到的是它的装帧质量，纸张的触感很好，拿在手里有种厚重感，感觉作者和出版社在制作上确实下了不少功夫。我一直都在寻找一本能够系统梳理现代控制理论基础的教材，而这本书从目录结构上来看就显得很有条理，从最基础的系统建模开始，逐步深入到状态空间分析和现代控制器的设计。我特别欣赏它在引入新概念时的循序渐进，不像有些书那样上来就抛出一堆复杂的数学公式，而是先用直观的例子来解释原理，这对于我们这些初学者来说简直是福音。它不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的导师在手把手地教你如何像一个工程师一样去思考问题，去理解反馈回路的精髓。那些丰富的图示和案例分析，极大地帮助我理解了抽象的数学模型是如何映射到实际的工程应用中的。读完第一部分，我已经感觉自己对自动控制系统的基本构成和工作方式有了全新的认识，期待接下来的内容能带来更多深入的启发。

评分☆☆☆☆☆

老实说，这本书的深度和广度都超出了我的预期，尤其是它对非线性系统和鲁棒控制的介绍部分，简直是为那些想要进行前沿研究的人量身定制的。我曾经花了很多时间去啃一些文献，但总感觉缺乏一个连贯的理论框架来串联这些知识点，而这本书恰好弥补了这一空白。它没有满足于讲解经典的PID控制，而是花了大量篇幅去讨论现代控制理论中的一些高阶议题，比如最优控制和卡尔曼滤波，这些内容在很多同类书籍中往往被一带而过。作者在阐述复杂数学定理时，总是能巧妙地穿插一些历史背景和实际的工程挑战，这让枯燥的数学推导变得有血有肉，让人明白这些理论是如何在解决实际问题中被孕育和完善的。我特别喜欢它在每一个章节末尾设置的“思考题”，这些问题往往不是简单的计算，而是需要你对所学知识进行综合运用和批判性思考，极大地锻炼了我的分析能力。这本书绝对是值得收藏的工具书，未来在项目设计中遇到瓶颈时，我肯定会经常翻阅其中的相关章节寻求指导。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆