自动控制原理考研教案 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西北工大

作者:刘慧英 编

出品人:

页数:366

译者:

出版时间:2006-11

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787561221686

丛书系列:

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• 自动控制原理
• 控制理论
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• 电气工程
• 自动化
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• 现代控制
• 信号与系统

掌控未来：智能系统设计与原理探索 一、 导论：工业自动化与智能化的基石 在现代社会，从工厂车间的机器人手臂精准作业，到航空航天的自主导航，再到医疗领域的精密手术辅助，无不闪耀着“自动控制”的智慧之光。它不仅是工业自动化的核心技术，更是迈向智能时代的关键驱动力。理解自动控制的原理，便是掌握塑造未来、解决复杂工程问题的钥匙。本书旨在为广大对自动控制原理感兴趣的学习者，特别是考研学子，提供一套系统、深入且富有洞察力的学习框架。我们将从最基础的概念出发，层层递进，直至掌握现代控制理论的精髓，为未来的学术研究和工程实践打下坚实基础。 二、 系统辨识与建模：理解系统的语言 任何控制系统的设计都始于对被控对象的深入理解。本书将详细阐述系统辨识与建模的核心思想和方法。我们将从不同类型的系统（如线性与非线性、连续与离散、时不变与时变）入手，学习如何建立能够准确描述系统动态行为的数学模型。 物理模型法： 深入分析系统内部各组成部分的物理规律，如牛顿定律、电路理论、流体力学等，构建基于物理原理的方程模型。我们将通过大量实例，如机械系统、电气系统、液压系统等，演示如何从实际物理结构出发，提炼出精确的数学模型。 实验辨识法： 掌握如何通过对系统的输入输出数据进行分析，来估计模型的参数。我们将介绍脉冲响应法、阶跃响应法、频率响应法等经典辨识技术，并探讨现代数据驱动的辨识算法，如最小二乘法、最大似然法等。理解如何设计有效的实验方案，获取高质量的辨识数据，是保障模型精度的关键。 模型精度评估： 学习如何对建立的模型进行有效性检验和精度评估，确保模型能够真实地反映被控对象的动态特性，并为后续的控制器设计提供可靠依据。 三、 经典控制理论：稳定性的基石与性能的保障 经典控制理论是自动控制领域最早建立且最为成熟的理论体系，至今仍在广泛应用。本书将系统地梳理经典控制理论的知识脉络，让学习者深刻理解其理论精髓和应用技巧。 时域分析： 深入剖析系统在各种典型输入（如单位阶跃、单位脉冲、单位斜坡）下的瞬态响应和稳态响应。我们将详细讲解零输入响应和零状态响应的概念，以及如何通过分析系统的瞬态响应指标（如超调量、峰值时间、调节时间）来评估系统的动态性能。 频域分析： 掌握如何利用频率响应来分析系统的稳定性和动态性能。我们将详细讲解幅频特性、相频特性（Bode图、Nyquist图）的绘制与解读，以及如何通过这些图线来判断系统的稳定性（根轨迹法、Nyquist判据、Bode判据）。 控制器设计： 学习设计经典PID（比例-积分-微分）控制器、超前/滞后控制器、超前-滞后组合控制器等，以满足系统对稳定性、精度和动态响应的要求。我们将深入探讨各种整定方法，如临界比例法、衰减震荡法、PID参数整定规则等，并结合实例展示控制器设计的具体步骤和调优技巧。 四、 现代控制理论：状态空间下的新视角 随着控制理论的发展，状态空间方法成为分析和设计复杂控制系统不可或缺的工具。本书将引导学习者进入现代控制理论的殿堂，掌握这一强大而灵活的分析和设计框架。 状态空间描述： 学习如何用状态变量来完整描述系统的内部状态，并建立系统的状态方程和输出方程。我们将详细讲解连续时间系统和离散时间系统的状态空间表示方法，以及如何进行系统之间的转换。 可控性与可观性： 深入理解可控性（系统状态是否能被控制器完全控制）和可观性（系统输出是否能完全反映系统状态）这两个概念的重要性。我们将学习如何利用Grammian矩阵等数学工具来判断系统的可控性和可观性，并理解其在控制器和观测器设计中的关键作用。 状态反馈与状态观测器： 掌握如何利用状态反馈来设计控制器，以实现期望的系统性能，如极点配置。同时，学习如何设计状态观测器来估计系统内部无法直接测量到的状态变量，并将其应用于实际的控制系统中。 稳定性理论： 探讨现代控制理论中关于系统稳定性的更普遍和深入的分析方法，如Lyapunov稳定性理论，为分析非线性系统的稳定性提供了强大的工具。 五、 离散时间系统与数字控制：智能化控制的实现 在数字技术飞速发展的今天，离散时间系统和数字控制已成为工业控制的主流。本书将重点介绍这一领域的核心内容。 Z变换与逆Z变换： 学习Z变换作为处理离散时间信号和系统分析的有力工具，掌握其性质和应用，包括如何通过Z变换将时域的差分方程转换为频域的传递函数。 离散时间系统分析： 掌握离散时间系统的时域响应和频域响应分析方法，包括稳定性判断（单位圆判据）和性能评估。 数字控制器设计： 学习如何设计数字PID控制器、零极点匹配控制器、预测控制器等，以适应数字控制器的硬件实现。我们将讨论采样周期选择、量化误差等实际问题。 采样与保持： 深入理解采样定理，以及采样和保持过程对系统性能的影响，并学习如何优化采样策略。 六、 系统稳定性与鲁棒性：应对不确定性的挑战 现实世界中的系统总是存在各种不确定性，如参数变化、外部干扰等。本书将引导学习者认识到稳定性和鲁棒性对于控制系统设计的重要性。 稳定性理论： 从经典理论到现代理论，我们将系统地回顾和深化对系统稳定性的理解，包括线性系统稳定性、非线性系统稳定性（Lyapunov稳定性）。 鲁棒性分析与设计： 学习如何分析系统在参数变化或外部干扰下的性能退化程度，并掌握一些基本的鲁棒控制设计方法，如PID参数整定中的鲁棒性考虑，以及更高级的H∞控制、LQR/LQG等控制策略的初步概念，使其能够设计出在不确定环境中也能可靠工作的控制系统。 七、 典型控制系统实例分析与应用 理论的最终目的是指导实践。本书将通过大量的实际工程案例，将抽象的控制原理与具体的应用场景相结合。 机器人控制： 分析机器人关节的运动控制、路径规划和轨迹跟踪等问题，展示自动控制在机器人领域的应用。 伺服系统： 探讨直流/交流伺服电机的位置控制、速度控制等，理解伺服系统在各种自动化设备中的作用。 过程控制： 分析化工、电力等行业的温度、压力、液位等过程变量的控制，展示经典控制理论在过程控制中的重要地位。 航空航天： 简要介绍飞机自动驾驶、导弹制导等复杂系统的控制原理。 八、 总结与展望：通往智能控制的未来之路 本书在系统阐述自动控制原理的基础上，也将对未来控制技术的发展进行展望。我们将触及模糊控制、神经网络控制、自适应控制等智能控制领域的研究方向，为学习者指明更广阔的学习和研究路径，鼓励学习者在掌握基础理论的同时，积极探索前沿技术，为实现更高级的智能化控制系统贡献力量。 通过对本书的学习，您将能够： 建立严谨的数学建模能力： 准确地描述和分析各种工程系统。 掌握核心的控制理论： 深刻理解经典与现代控制理论的精髓。 具备系统设计与分析的技能： 能够独立设计和优化各种控制系统。 应对工程实际中的挑战： 针对不确定性和复杂性，提出有效的控制解决方案。 本书不仅仅是一本考研教材，更是您通往自动控制领域深度探索、解决复杂工程问题、乃至塑造未来智能世界的坚实起点。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面那种略带磨砂质感的深蓝色调，配上简洁有力的白色和金色字体，透着一股沉稳又不失现代感的气息。我尤其欣赏它在排版上的用心。内页的纸张选择了非常舒适的米白色，长时间阅读下来眼睛不容易疲劳。更值得称赞的是，它对公式和图表的处理。复杂的数学表达式被清晰地 பிரி开，间距适中，即便是初学者也能迅速定位关键信息。那些系统框图和信号流图，线条流畅、标记明确，使得原本抽象的概念一下子变得可视化了。很多教科书在这方面总是敷衍了事，但这本书显然是经过精心打磨的，从细节处体现出对读者体验的尊重。阅读的过程不仅仅是获取知识，也是一种享受，这种高质量的物理呈现，无疑为学习过程增添了许多动力。它放在书架上，本身就是一件赏心悦目的物品，难怪我每次拿起它都觉得心情愉悦。

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坦白说，我一开始对这类理论性极强的书籍抱有一种敬而远之的态度，总觉得会充斥着晦涩难懂的术语和让人望而生畏的矩阵运算。然而，这本书的行文风格却出乎意料地亲切和富有启发性。作者仿佛在用一种对话的口吻与读者交流，即便是那些需要反复推敲的定理证明，也被拆解成了若干个易于消化的逻辑步骤。更绝妙的是，它在关键知识点后设置的“思考题”部分，完全不是那种八股文式的检验，而是更倾向于引导你去拓展思维，思考该理论在不同约束条件下的行为变化。这种‘启发式’的学习引导，极大地激发了我主动探索的热情。我感觉自己不是在被动接受知识，而是在与作者一同进行一场智力上的探索游戏，这种感觉在以往的学习资料中是极为罕见的。

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我花了相当长的时间来对比市面上几本主流的教材和参考书，最终决定使用这一本作为我的核心学习资料。它的章节逻辑编排得非常自然流畅，仿佛一位经验丰富的大师在循循善诱。作者似乎深谙考研学子在理解曲线救国式知识点时的痛点，因此，每引入一个新的核心概念，例如状态空间法的建立，它都会先用一个非常贴近实际工程应用的例子作为引子，将理论与实践的桥梁搭建得异常牢固。然后，在推导过程中，作者极其注重“为什么”的解释，而非仅仅罗列“是什么”。这种深层次的挖掘，让我对控制系统的本质有了更深刻的领悟，而不是停留在死记硬背传递函数和根轨迹的表象上。这种由浅入深，层层递进的叙述方式，极大地降低了理解难度，尤其是在面对非线性控制和最优控制这类高阶内容时，这种叙述的优势体现得尤为明显。

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这本书的配图质量绝对是业内顶尖水准。我之前用的某本参考书，其波特图和奈奎斯特图画得像是手绘草稿，线条模糊，关键的交界点和渐近线都难以辨认。相比之下，这本教材的图形几乎达到了工程软件输出的专业级别。每一个曲线的转折点、每一个坐标轴的刻度都清晰可见，这对于分析系统的稳定性边界至关重要。特别是对于根轨迹图的绘制解析，书中通过动态变化的图示，清晰地展示了增益K值变化时轨迹的移动趋势，这种视觉化的解释，远比纯粹的文字描述来得直观和有力。我曾一度对伯德图的相位裕度和幅度裕度的判断感到困惑，但看完这本书中对图形的细致剖析后，那种“豁然开朗”的感觉是前所未有的，图形的精确性直接决定了理论理解的精确度，在这点上，它做得无可挑剔。

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对于备考而言，时间的效率是至关重要的。我必须承认，这本书在内容取舍上做得非常精准。它没有陷入对过于偏门或非主流分支的无休止的论述中，而是将笔墨集中在历年考研中出现频率最高、理论基础最核心的部分。例如，对 PID 控制器的经典校正方法，它的讲解深度恰到好处，既保证了理论的严谨性，又兼顾了实际工程中的快速应用。我注意到，书中对经典的经典控制理论和现代控制理论的衔接处理得非常巧妙，它们不是孤立的两部分，而是被有机地融合成一个统一的控制系统思维框架下。这极大地帮助我节省了在不同理论体系间切换的认知成本，使得复习效率得到了显著的提升，这对于冲刺阶段的考生来说，无疑是一个巨大的加分项。

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