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出版者:

作者:卢京潮 编

出品人:

页数:395

译者:

出版时间:2009-8

价格:40.00元

装帧:

isbn号码:9787561226377

丛书系列:

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• 自动化
• 控制科学与工程
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操控的艺术：洞悉系统运作的奥秘 生活在我们周围的，是一个由无数相互关联、相互影响的系统构成的复杂世界。从宏观宇宙的运行，到微观粒子的跃动；从自然界的生息律动，到人类社会的发展演进；乃至我们日常接触的交通信号灯、家用电器，无不遵循着一定的规律，并对外部的扰动做出反应。理解和驾驭这些系统的运行，是人类文明进步的关键驱动力之一。 本书并非聚焦于某个特定领域的技术细节，而是致力于揭示控制的普遍原理，帮助读者建立起一套通用的思维框架，用以分析和理解任何动态系统的行为。它将带领你深入探索“操控”——一个看似简单却蕴含无限深意的概念。我们并非在讨论简单的开关操作，而是要理解如何通过巧妙的设计和策略，引导一个系统朝着我们期望的目标稳定运行，即便面对不可预测的变化或干扰，也能保持其既定状态。 想象一下，你正在尝试让一艘巨大的船只在汹涌的海浪中保持航向，或者让一辆高速飞驰的汽车在紧急情况下安全停下。这些场景都离不开对复杂动力学过程的深刻理解和精准的控制。本书将从最基本的概念出发，逐步深入到控制理论的核心。 第一章：系统的本质与信号的语言 在开始学习如何控制一个系统之前，我们首先需要理解“系统”究竟是什么。本书将从系统建模入手，介绍如何将现实世界中的复杂对象抽象成数学模型。这并非简单地套用公式，而是要学习如何抓住事物的关键特性，忽略不必要的细节，从而构建出能够准确反映系统动态行为的数学描述。我们将探讨不同类型的系统，例如连续时间系统与离散时间系统，线性系统与非线性系统，定常系统与时变系统。理解这些基本分类，是后续分析的基础。 同时，我们将深入研究“信号”在系统中的作用。信号是系统内外信息传递的载体，可能是输入信号，驱动系统产生响应；也可能是输出信号，反映系统的状态。本书将介绍各种常见的信号类型，如阶跃信号、冲激信号、正弦信号等，并探讨它们如何影响和表征系统的行为。我们还会学习如何利用时域和频域两种不同的视角来分析信号，理解不同频率分量的作用，为后续的系统分析打下基础。 第二章：动态系统的响应特性 一旦我们建立了系统的数学模型，接下来就是要理解系统在不同输入信号作用下会表现出怎样的动态响应。本书将详细讲解瞬态响应和稳态响应这两个核心概念。瞬态响应描述了系统从初始状态过渡到最终状态的过程，它包含了系统的动态特性，例如响应速度、振荡情况等。稳态响应则描述了系统在经过足够长的时间后，最终趋于稳定的状态。 我们将学习如何通过分析系统的零输入响应和零状态响应来理解系统的整体行为。零输入响应揭示了系统自身的惯性或记忆效应，而零状态响应则反映了系统对外部输入的反应能力。此外，本书还将深入探讨稳定性的概念。一个系统是否稳定，直接关系到其能否被有效控制。我们将介绍不同形式的稳定性定义，例如Lyapunov稳定性、渐近稳定性等，并学习判断系统稳定性的基本方法。 第三章：传递函数的奥秘与频率响应分析 为了更有效地分析和设计控制器，我们需要一种强大的工具来描述输入与输出之间的关系。本书将重点介绍传递函数的概念。传递函数是将输入信号的拉普拉斯变换（或Z变换）与输出信号的拉普拉斯变换（或Z变换）之比，它能够简洁地描述线性时不变系统的动态特性。通过传递函数，我们可以直观地了解系统的极点和零点，这些参数对系统的响应至关重要，它们决定了系统的瞬态响应特性，例如上升时间、超调量、衰减速率等。 在理解了传递函数的基础上，本书将进一步引导读者进入频率响应分析的领域。我们将会探讨系统在不同频率的正弦信号激励下所表现出的幅度和相位的变化。波特图和奈奎斯特图是分析频率响应的经典工具，它们能够直观地展示系统的幅频特性和相频特性，从而帮助我们洞察系统的带宽、截止频率、相位裕度等关键信息。这些信息对于评估系统的性能和设计控制器至关重要。 第四章：闭环系统的反馈控制 “控制”的核心在于反馈。本书将深入探讨闭环控制系统的设计与分析。与开环系统不同，闭环系统利用反馈信号来监测系统的输出，并将其与期望的参考信号进行比较，从而产生误差信号，并根据误差信号调整系统的输入，以减小误差，使系统趋于稳定。我们将详细解析反馈控制的原理，以及它如何提高系统的精度、鲁棒性和稳定性。 本书将介绍不同类型的控制器，例如比例（P）控制器、积分（I）控制器、微分（D）控制器以及它们的组合——PID控制器。我们将分析每种控制器的工作原理、优缺点，以及它们在不同应用场景下的适用性。通过调整控制器的参数，我们可以有效地改善系统的动态性能，实现对系统的精确控制。 第五章：系统辨识与模型修正 在实际应用中，我们往往无法获得精确的系统模型，或者系统的模型会随着时间而变化。因此，系统辨识技术变得尤为重要。本书将介绍如何利用实验数据来估计系统的模型参数，从而构建出能够反映实际系统行为的数学模型。我们将探讨不同的辨识方法，例如最小二乘法、最大似然法等。 此外，即使我们已经建立了模型，也可能需要根据系统的实际运行情况对其进行模型修正。本书将探讨如何通过监测系统的输出，并将其与模型预测进行比较，来识别模型中的误差，并对模型进行迭代优化。这使得我们的控制系统能够更好地适应实际环境的变化，保持其性能。 第六章：状态空间方法的强大力量 除了传递函数，状态空间方法是描述和分析动态系统的另一种强大而通用的方法。本书将介绍如何使用状态向量来描述系统的内部状态，并通过一组一阶微分方程（或差分方程）来表示系统的动态行为。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更深入的系统分析（如可控性、可观测性分析）时，具有显著的优势。 我们将学习如何进行状态反馈控制，这是一种直接利用系统的状态信息来设计控制器的先进方法。状态反馈能够实现更灵活和高性能的控制，例如极点配置。同时，我们还将探讨观测器的设计，用于估计系统中不可直接测量的状态变量。 第七章：数字控制系统的实现 随着计算机技术的飞速发展，数字控制系统已经成为现代控制工程的主流。本书将探讨如何将连续时间系统转化为离散时间系统，以及如何在数字控制器中实现控制算法。我们将学习采样定理，理解采样频率对数字控制性能的影响。 本书还将介绍数字PID控制器的设计与实现，以及常用的离散时间系统分析方法，例如Z变换。理解数字控制系统的特点和局限性，对于将其成功应用于实际工程项目至关重要。 第八章：鲁棒控制与现代控制理论概览 在现实世界中，系统往往会受到各种不确定性的影响，例如参数摄动、外部扰动等。鲁棒控制的目标是设计出能够在这些不确定性存在的情况下，依然保持良好性能的控制器。本书将简要介绍鲁棒控制的基本思想，例如H无穷控制等，让你对如何处理不确定性有一个初步的认识。 此外，本书还将对一些现代控制理论进行概览，例如自适应控制、模糊控制、神经网络控制等。这些先进的控制技术能够处理更复杂的系统和更具挑战性的控制问题，为未来的工程应用提供更广阔的视野。 本书的价值 通过系统地学习本书的内容，你将不仅仅掌握一套分析和设计控制系统的工具，更重要的是，你将培养出一种洞察系统运作本质的思维方式。这种思维方式不仅适用于工程领域，更可以迁移到其他任何需要理解和管理复杂动态过程的场景。你将能够： 准确地描述和分析任何动态系统的行为。 理解不同控制策略的原理和适用性。 设计出能够满足特定性能要求的控制器。 评估和改进现有系统的控制性能。 更深入地理解我们周围世界的运行规律。 无论是对机械工程、电子工程、自动化、航空航天，还是对化学工程、生物工程，乃至经济学、管理学等领域，本书提供的控制原理都将为你提供一个强大的分析框架和解决问题的利器。它将帮助你从“是什么”走向“为什么”，从“怎么做”走向“如何做得更好”，真正掌握“操控的艺术”，成为驾驭系统、创造未来的能手。

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学自控的时候，放弃了学校的课本，全程用的这本书和这本书对应的视频，非常好……网上也有这本书的习题答案，可以做做

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看着太爽了

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自动控制原理的课我听过很多老师的，但是只有卢老师的课让我念念不忘。卢老师讲课深入浅出，细致入微。卢老师一看就是从事控制理论与控制工程项目很多年的，讲课思路极其清晰，而且通俗易懂。我自控刚开始学的时候，脑子里就是一团浆糊，后来还是买了卢老师的书听了卢老师的课，再加上一些其他专业知识，一下子有被打通了的感觉。书里面内容紧凑，没有废话，但是内容相当全面，思路也十分清晰。