自動控製原理 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• 自動控製
• 控製理論
• 控製係統
• 經典控製
• 現代控製
• 係統分析
• 數學模型
• 反饋控製
• 工程控製
• 自動化

　　本書原為電子工業齣版社齣版，由田玉平教授所主編的自動控製原理專書，經由國內學者就專有名詞編修之後，成為更適用於國內讀者的參考教材，是一本相當適閤電子相關科係學生學習的教科用書，也可提供相關從業人員參考自修之用。 全書共有6章，有係統的介紹瞭自動控製的基本理論，包括自動控製的概論、控製係統的數學描述、控製係統的穩定性分析、控製係統的時域性能分析、控製係統補償方法以及非綫性控製係統等，且本書的特色在於不同於傳統的編排方式，改採按照控製理論的兩個任務，即係統分析以及係統綜閤校正來編排內容，因此可避免重復探討相同的問題，對於讀者而言，也比較容易理解。

編織未來的藍圖：現代控製工程的精要與應用 引言 在人類文明的長河中，對“掌控”的追求從未停歇。從古人對天象的觀測與預測，到工業革命中蒸汽機的精確調速，再到如今萬物互聯的智能係統中毫秒級的指令傳遞，控製的思想與技術始終是推動社會進步的核心驅動力之一。然而，一個學科的深度與廣度，往往需要通過一係列相互關聯、層層遞進的著作來完整展現。 本書並非聚焦於經典意義上的“自動控製原理”這一特定學科的係統性教材，而是將視野投嚮瞭更廣闊、更具實踐導嚮的現代控製工程領域。我們旨在為讀者描繪一幅關於如何設計、分析和實現復雜動態係統的全景圖，這些係統橫跨機械、電子、化學、生物乃至金融等多個前沿領域。 --- 第一部分：動態係統的基礎構建與建模（The Foundational Frameworks） 控製工程的基石，在於對被控對象行為的精確理解和數學描述。本書將從物理世界的抽象與數字化開始，構建起分析的骨架。 1. 係統動力學的多維視角 我們深入探討瞭描述動態係統的核心數學工具，但重點側重於它們在工程實踐中的應用選擇。 時域分析的直覺構建： 雖然最終目標是高級控製，但我們首先迴顧瞭如何通過微分方程的直接求解和狀態變量的直觀理解來把握係統的瞬態響應特性。這包括對時間常數、阻尼比和固有頻率等物理參數如何直接影響係統行為的深入剖析，強調瞭從物理直感到數學模型轉換的橋梁作用。 頻域的幾何解讀： 相較於復雜的復變函數演算，本書更側重於伯德圖（Bode Plot）、奈奎斯特圖（Nyquist Plot）在實際係統調試中的指導意義。我們教授如何“閱讀”一個係統的頻率響應麯綫——哪個頻率段對應於係統的慣性，哪個對應於控製器的補償能力，以及如何通過圖形化的手段快速判斷係統的穩定裕度和帶寬。 2. 現代建模範式：狀態空間法的深度應用 狀態空間錶示法是現代控製的通用語言。本書著重於超越標準形式的建模挑戰： 非綫性係統的局部綫性化與泰勒展開的應用： 真實世界的係統很少是綫性的。我們詳細討論瞭如何在工作點附近應用雅可比矩陣進行綫性化處理，以及在處理強非綫性係統時，如何選擇閤適的局部工作點，以及綫性化模型在描述係統大範圍行為時的局限性。 係統辨識的工程實踐： 理論模型往往與實際存在偏差。因此，係統辨識不再是一個純粹的理論分支，而是工程實施的關鍵步驟。本書引入瞭子空間辨識方法（Subspace Identification），闡述瞭如何利用實驗輸入/輸齣數據，直接估計係統的狀態空間矩陣，而非依賴於復雜的傳遞函數參數估計，這在大型、高階係統的建模中尤為高效。 --- 第二部分：性能導嚮的控製器設計（Performance-Driven Controller Synthesis） 在精確描述係統之後，核心任務是如何設計齣滿足特定性能指標的控製器。本書的重點在於超越PID的局限，邁嚮最優性能的追求。 3. 經典控製器的精進與局限性拓展 盡管我們不再僅僅討論基礎PID的調參，但我們探討瞭如何將PID思想融入更復雜的結構中，並明確其適用邊界。 前饋控製的集成： 詳細講解瞭如何利用對擾動或參考輸入的先驗知識，通過前饋路徑來抵消其對輸齣的瞬態影響，從而極大提升係統的動態響應速度，這是現代快速控製係統（如機器人末端速度控製）不可或缺的組成部分。 Smith預估控製器的應用： 針對存在顯著時間延遲的係統（如化工過程），我們深入分析瞭如何構建Smith預估控製器，以消除延遲帶來的穩定性挑戰，並討論瞭純滯後係統對觀測器設計提齣的特殊要求。 4. 最優控製理論的工程化實現 最優控製，特彆是LQR（Linear Quadratic Regulator），是現代控製設計的核心思想——用代價函數（Cost Function）來量化“好”與“壞”。 代價函數的設計藝術： 我們強調，LQR的設計藝術在於如何權衡狀態變量（如位置誤差）的懲罰與控製作用量（如驅動力/電壓）的懲罰。通過調整權重矩陣 $Q$ 和 $R$，工程師可以精確調控係統的響應速度與能耗/驅動器飽和之間的平衡。 連續時間與離散時間LQR的統一視角： 詳細闡述瞭連續時間代數Riccati方程（CARE）與離散時間代數Riccati方程（DARE）在不同應用場景下的求解策略與數值穩定性考量。 5. 魯棒性與不確定性處理（Robustness Analysis） 在真實世界中，模型總是不完美的。魯棒控製的目標是確保係統在麵對模型誤差、參數變化和外部乾擾時依然保持穩定和性能。 $H_{infty}$ 控製的基本原理： 我們不再深入復雜的矩陣不等式求解，而是側重於理解 $H_{infty}$ 控製器的性能界限：它如何保證閉環傳遞函數範數低於某個預設值 $gamma$，從而保證係統對特定頻率範圍的乾擾抑製能力。 增益裕度和相位裕度的工程解讀： 在實際調試中，通過觀察特定反饋結構下的增益和相位裕度，可以直接推斷控製器在麵對傳感器噪聲和執行器非綫性時的“冗餘安全係數”。 --- 第三部分：觀測、估計與先進控製（Estimation, Observation, and Advanced Architectures） 很多係統無法直接測量所有需要的狀態變量（如磁懸浮係統中的內部磁場強度）。因此，狀態估計成為實現先進控製的前提。 6. 狀態觀測與濾波技術 卡爾曼濾波（Kalman Filtering）的迭代優化： 卡爾曼濾波被視為最優綫性無偏估計器。本書重點講解瞭擴展卡爾曼濾波（EKF）和無跡卡爾曼濾波（UKF）在處理非高斯噪聲和非綫性係統時的實際應用框架，特彆是其在導航、定位與目標跟蹤中的關鍵作用。我們探討瞭如何選擇協方差矩陣 $Q$ 和 $R$ 來平衡“信任模型”還是“信任測量值”。 Luenberger觀測器的局限性與融閤： 討論瞭在係統狀態可觀測但噪聲水平較高的場景下，Luenberger觀測器（基於狀態反饋的結構化設計）與卡爾曼濾波（基於統計最優）的適用邊界與設計哲學差異。 7. 現代控製結構的綜閤實現 本書的最後部分，是整閤上述工具，應對更復雜的工程挑戰。 混閤係統與切換控製： 針對如自動駕駛、飛行器姿態控製等需要不同工作模式（如起飛、巡航、降落）的係統，我們討論瞭切換係統的概念，以及如何設計邏輯控製器來安全、平滑地在不同綫性或非綫性子係統間切換，避免模式轉換帶來的衝擊。 先進驅動與數字實現： 強調瞭控製理論最終必須落地到硬件。詳細分析瞭脈衝寬度調製（PWM）對控製信號的影響，以及采樣時間選擇如何影響連續時間控製器在數字平颱上的實際性能和穩定性邊界。我們討論瞭如何利用零階保持器（ZOH）進行精確的離散化。 --- 結語 本書提供瞭一套結構化的思維工具，它要求讀者不僅要理解控製算法的數學推導，更要能夠將抽象的數學語言轉化為對物理世界乾預的直觀理解。從建立精確的模型，到設計性能最優的反饋律，再到在不確定性中確保魯棒性，最終實現可靠的數字控製，這套方法論構成瞭現代工程控製體係的完整循環。掌握這些精要，即是掌握瞭設計和優化未來復雜動態係統的核心能力。

第1章　緒 論
第2章　控製係統的數學描述
第3章　控製係統的穩定性分析
第4章　控製係統的時域性能分析
第5章　控製係統補償方法
第6章　非綫性控製係統

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**評價一** 哇，最近熬夜讀瞭這本《自動控製原理》，老實說，剛拿到書的時候，標題看起來還挺唬人的，以為會是一本晦澀難懂的“神書”。但讀下來之後，纔發現它就像一位循循善誘的老師，把那些看似復雜的概念，用清晰易懂的方式一點點剖析開來。我特彆喜歡它在講解每一個理論時，都會穿插一些實際的案例，比如我們日常生活中常見的恒溫器、空調係統，甚至是一些工業自動化設備，都成瞭書中的“活教材”。這些案例不是簡單的一帶而過，而是深入到原理層麵，解釋瞭為什麼這些設備能夠如此精確地工作，背後的邏輯是什麼。我記得有一章講到PID控製，之前聽老師講的時候覺得腦袋都大瞭，但這本書裏通過一個簡單的例子，比如控製一輛小汽車的速度，把比例、積分、微分這三個參數的作用講得清清楚楚，就像在一步步引導你走進控製的世界。而且，書裏的圖示也非常精美，那些係統框圖、時域響應圖、頻域響應圖，畫得既規範又直觀，配閤文字講解，感覺就像在腦海裏構建瞭一個立體的知識模型。雖然我不是專業齣身，但讀完之後，感覺對很多自動化設備的工作原理都有瞭豁然開朗的感覺，不再是模糊的概念，而是有瞭紮實的理解。

评分☆☆☆☆☆

**評價三** 這本《自動控製原理》真的是一本我讀過的“最不枯燥”的工程類書籍之一。一般來說，這種涉及數學和物理原理的書籍，很容易讓人望而卻步，但作者的功力就在於，他能把復雜的理論講得既嚴謹又不失趣味。它不是那種堆砌公式的書，而是讓你真正理解每個公式背後的物理意義和控製思想。例如，在講解傳遞函數時，它不會直接給你定義，而是先從係統的輸入輸齣關係入手，讓你體會到什麼是“係統的特性”，然後再引齣傳遞函數這個強大的工具。我還特彆欣賞它在內容編排上的邏輯性，從基礎概念到模型建立，再到穩定性分析和控製器設計，層層遞進，非常適閤係統地學習。書中穿插的很多工程實例，都來自於颱灣本土的産業背景，讓我覺得特彆有親切感，也更容易將書本知識與實際應用聯係起來。比如，書中對工業生産綫上伺服電機控製的講解，就讓我聯想到我傢附近工廠裏的一些設備，突然就明白瞭它們為什麼能如此精準地運行。而且，這本書的排版也很舒服，字體大小、行間距都很閤理，不像有些書，密密麻麻的，讀起來眼睛都纍。總而言之，這是一本能夠讓你在輕鬆的閱讀體驗中，紮實掌握自動控製核心知識的優秀教材。

评分☆☆☆☆☆

**評價四** 老實說，《自動控製原理》這本書，一開始讓我有點猶豫，畢竟“原理”這兩個字聽起來就比較學術，擔心會過於理論化，脫離實際。然而，讀過之後，我徹底顛覆瞭之前的看法。這本書的作者非常擅長用一種“由淺入深”的方式來引導讀者，他不會一開始就拋齣復雜的數學模型，而是從一些非常基礎的、生活中常見的例子入手，比如我們如何手動調節一個水龍頭來保持水溫恒定，或者如何控製電風扇的風速。通過這些生活化的場景，逐步引齣自動控製的必要性和基本概念。然後，作者會非常有條理地介紹各種控製係統的組成、分類，以及不同類型控製器的特點和適用範圍。我特彆喜歡它講解“魯棒性”和“最優控製”的部分，這些概念聽起來很高大上，但在書中，作者通過通俗易懂的比喻和圖示，將它們講解得非常透徹，讓我能夠理解為什麼在實際應用中，我們需要考慮這些因素。這本書的語言風格也非常現代化，用詞遣句都很到位，沒有那種生硬的翻譯腔，讀起來非常自然流暢。而且，它還涉及瞭一些比較前沿的議題，比如模型預測控製，讓你在學習基礎的同時，也能窺見未來自動控製的發展方嚮。

评分☆☆☆☆☆

**評價二** 說實話，《自動控製原理》這本書，我當初抱著“姑且一試”的心態翻開的，畢竟“原理”兩個字聽起來就硬邦邦的，加上又是在颱灣齣版，擔心語言習慣會有點差異。結果，完全是驚喜！它的敘事方式非常地道，讀起來一點都不像是翻譯腔，而是非常流暢自然的中文。作者在講解理論時，會考慮到初學者的感受，不會一開始就拋齣大量公式和抽象概念。它會先從一個宏觀的視角切入，讓你明白自動控製在現代社會的重要性，然後慢慢聚焦到具體的原理。我印象最深的是關於係統穩定性的討論，書中用非常形象的比喻，比如“蕩鞦韆”和“滾雪球”，來解釋什麼是係統不穩定，什麼是係統穩定，以及如何判斷和改善。這種類比方法，真的讓那些抽象的數學概念變得生動起來，仿佛就在眼前。而且，書中的一些習題設計也非常有匠心，不是那種純粹的計算題，而是會引導你去思考，去分析問題，鍛煉解決實際問題的能力。我甚至覺得，這本書不僅僅是教你“怎麼做”，更重要的是教你“為什麼這樣做”，培養的是一種科學的思維方式。對於我這種跨專業想要瞭解自動控製的讀者來說，這本教材簡直是量身定做。

评分☆☆☆☆☆

**評價五** 這本《自動控製原理》絕對是一本值得反復閱讀的經典之作。我當初買這本書，主要是想係統地梳理一下自動控製方麵的知識，畢竟在學習和工作中，總是會遇到一些自動控製相關的概念。讀完之後，我發現這本書的價值遠遠超齣瞭我的預期。它的內容涵蓋瞭自動控製的方方麵麵，從最基礎的係統建模、時域分析、頻域分析，到更深入的穩定性判據、根軌跡法、頻率響應法，再到各種控製器的設計和實現，幾乎無所不包。而且，作者在講解每一個知識點時，都非常注重邏輯性和係統性，讓你能夠清晰地看到不同概念之間的聯係，形成一個完整的知識體係。我尤其欣賞它在介紹某些復雜算法時，會先給齣直觀的解釋，然後再輔以嚴謹的數學推導，這樣做的好處是，即使是初學者，也能先建立起一個大概的理解，然後再深入細節，不會覺得無從下手。書中還有大量的例題和課後習題，這些習題的難度設置也比較閤理，既有鞏固基礎的，也有啓發思考的，非常有助於加深對知識的理解和掌握。總之，這本書就像一本“武功秘籍”，能夠讓你在學習和實踐中，不斷提升自己的“自動控製功力”，對於任何想要深入瞭解自動控製領域的人來說，都絕對是不可多得的寶藏。