自動控製係統(隨書附光碟) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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　　本書特彆強調機電控製係統之分析與設計，具有以下的主題特色：

　　專注於控製係統之理論基礎。

　　研究動態係統建模、復變數、拉氏變換等。

　　瞭解係統穩定度、時域分析、根軌跡技術、狀態變數分析等控製主題。

　　將本書所學的知識應用於實際的控製係統設計問題，例如主動式懸吊係統。

　　藉由使用 Virtual Lab 軟體，讀者可如臨實境地進行速度或位置控製的實驗。

　　新增譯者對本書註釋之導讀附錄，使讀者進一步瞭解書中部分內容。

　　本書原文齣版公司網站提供建構在 MATLAB 平颱上之圖形化應用軟體 ACSYS，使讀者專注於學習如何解決控製問題，而不必撰寫程式。

現代控製理論與應用：麵嚮工程實踐的係統設計與分析 本書簡介 本書旨在為讀者提供一套全麵、深入且高度麵嚮工程實踐的現代控製理論基礎知識體係與應用方法論。我們聚焦於如何將抽象的數學模型轉化為可靠、高效的實際控製係統設計方案，涵蓋從係統辨識、狀態空間建模到先進控製策略的設計與實現全過程。本書特彆強調理論與實踐的緊密結閤，力求使讀者不僅理解“為什麼”這樣做，更能掌握“如何”在實際工程中應用這些技術。 第一部分：控製係統的基礎與建模 第一章：控製係統的基本概念與曆史迴顧 本章首先界定瞭控製係統的核心概念，包括反饋、開環與閉環係統、穩定性、性能指標（如瞬態響應與穩態誤差）等。通過迴顧經典控製理論（如傳遞函數、頻率響應分析）的發展脈絡，為引入更強大的現代控製理論奠定基礎。重點討論瞭為什麼需要從頻域分析轉嚮時域和狀態空間分析，以處理多輸入多輸齣（MIMO）係統和時變係統。 第二章：係統動態特性的數學描述 這是全書建模的基礎。本章詳細介紹瞭描述連續時間與離散時間係統的基本工具。 連續時間係統： 深入探討微分方程的建立與求解。著重講解如何利用拉普拉斯變換將微分方程轉化為傳遞函數形式，並分析瞭係統的極點與零點對動態性能的決定性影響。 離散時間係統： 引入Z變換作為處理數字控製係統的核心數學工具。詳細闡述瞭Z變換的性質及其與拉普拉斯變換的對應關係。討論瞭采樣對係統特性的影響，包括混疊現象和保持器的作用。 第三章：狀態空間錶示法——現代控製的核心 本章將係統的描述提升至嚮量空間層麵，這是現代控製理論的標誌性特徵。 狀態變量的選擇與定義： 探討瞭狀態變量的選擇原則及其物理意義，強調狀態空間模型對多變量係統的天然適用性。 標準形式的轉換： 詳細推導瞭可控規範形（Controllable Canonical Form）和可觀型（Observable Canonical Form）的構建方法。我們不僅展示瞭如何將傳遞函數轉換為狀態空間形式，也闡述瞭這些標準形在分析係統結構特性（如可控性和可觀測性）中的關鍵作用。 係統的基本性質分析： 基於狀態轉移矩陣 $Phi(t)$ 或 $Phi(k)$，係統地分析瞭係統的全局一緻穩定性（使用李雅普諾夫判據的初步介紹）以及時間域下的響應求解。 第四章：係統結構分析——可控性與可觀測性 本章是設計控製器的前提。如果係統不可控或不可觀，任何基於狀態反饋的設計都將是徒勞的。 可控性分析： 引入瞭龐特裏亞金可控性定理，並詳細推導瞭卡爾曼可控性判據（使用可控性矩陣）。我們通過實例展示瞭如何判斷一個給定的綫性定常（LTI）係統是否能從任意初始狀態轉移到零狀態。 可觀測性分析： 同樣，基於卡爾曼可觀測性判據，推導瞭可觀測性矩陣，用於判斷係統內部狀態是否能完全從輸齣信號中恢復。 解耦與模態分解： 闡述瞭如何利用狀態變換將係統分解為獨立的子係統（模態），以及如何通過這些分析來識彆係統中的“不可控”或“不可觀”部分。 第二部分：現代控製器的設計與實現 第五章：狀態反饋極點配置設計（Pole Placement） 極點配置是基於狀態反饋控製器的核心設計方法，它直接將係統的動態性能與特徵多項式掛鈎。 基本原理： 講解瞭狀態反饋 $u = -Kx + r$ 如何改變係統的閉環特徵方程。 Ackermann 公式及其局限性： 詳細介紹瞭基於伴隨矩陣（Companion Matrix）的Ackermann公式，這是一種直接計算所需反饋增益矩陣 $K$ 的有效方法。同時，我們討論瞭當係統為不可控時該公式失效的原因。 對角化方法： 對於復雜的或具有結構約束的係統，本章提供瞭基於係統模態分解的、更具魯棒性的極點配置設計流程。 第六章：狀態觀測器的設計與輸齣反饋 由於實際係統中往往無法直接測量所有狀態變量，狀態觀測器（State Observer）應運而生，用於估計不可測狀態。 Luenberger 觀測器： 詳述瞭 Luenberger 觀測器的結構，並證明瞭其誤差係統是獨立的且穩定的。關鍵在於觀測器極點的選擇（通常配置在比主係統更快的速度）。 最小階觀測器（如卡爾曼-貝希特觀測器）： 討論瞭在信息冗餘度較低時，如何設計一個隻估計不可觀測狀態的最小階觀測器。 狀態估計與反饋的結閤： 將狀態觀測器與極點配置反饋結閤，形成分離原理（Separation Principle），這是現代控製工程中最強大的工具之一，證明瞭估計和控製設計可以獨立進行。 第七章：最優控製理論基礎——LQR 控製器 本章引入瞭性能指標（代價函數）的概念，將控製設計從“能否做到”提升到“如何做得最好”的層麵。 性能指標函數（代價函數 $J$）： 定義瞭二次型代價函數 $J = int (x^T Q x + u^T R u) dt$，其中 $Q$ 和 $R$ 是權值矩陣，代錶瞭對狀態誤差和控製輸入的相對懲罰。 代數黎卡提方程（ARE）： 詳細推導瞭 LQR（Linear Quadratic Regulator）控製器增益 $K$ 的求解過程，即求解與ARE等價的代數方程。強調瞭 $Q$ 和 $R$ 矩陣的選擇對控製律性能和控製能量消耗的權衡作用。 LQR 控製器的魯棒性： 簡要分析瞭 LQR 相比於純極點配置的固有魯棒性優勢。 第八章：魯棒性分析與控製器性能提升 現代工程對控製係統的可靠性要求極高，本章探討瞭係統應對不確定性（如模型誤差、外部乾擾）的能力。 內環/外環結構： 引入瞭前饋補償、抗乾擾補償等提升係統性能的結構設計方法。 係統對參數變化的敏感性： 初步引入瞭控製係統設計中對增益裕度和相位裕度的要求，作為頻域魯棒性分析的橋梁。 PID 控製器的現代視角： 重新審視瞭經典的 PID 控製器，並將其置於狀態空間和極點配置的框架下，解釋瞭 PID 在工程中廣泛應用的原因及其局限性，並提齣瞭基於狀態反饋的 PID 改進方案。 第三部分：先進控製與非綫性係統基礎 第九章：離散時間係統的設計與實現 鑒於所有實際控製器最終都運行在微處理器上，本章專注於數字控製的設計。 離散化方法： 詳細對比瞭零階保持法（ZOH）和一階保持法（FOH），以及雙綫性變換（Tustin's Method），並分析瞭每種方法引入的近似誤差和其對係統帶寬的影響。 離散時間狀態空間設計： 將第五章和第六章的極點配置和觀測器設計方法完整地遷移到離散域，求解離散代數黎卡提方程（DARE）。 第十章：非綫性控製係統的定性分析入門 本章為進入復雜的非綫性控製領域做瞭鋪墊。 非綫性係統的描述： 介紹非綫性係統的數學模型，並指齣其與綫性係統在分析方法上的根本區彆。 相平麵法： 針對二階係統，通過相平麵圖展示瞭極限環、奇點（平衡點）的穩定性和吸引域的概念。 綫性化方法： 討論瞭在工作點附近對非綫性係統進行泰勒級數展開以實現局部綫性化的方法，並分析瞭這種綫性化近似的有效範圍。 附錄 附錄包含矩陣代數復習、李雅普諾夫穩定性判據的嚴格證明、以及常用的綫性代數軟件（如 MATLAB/Simulink）在控製係統建模與仿真中的基礎操作指南。 本書特色： 本書的結構精心設計，從經典的微分方程齣發，逐步過渡到狀態空間這一強大的現代工具，最終落腳於工程實踐中必需的穩定性和最優性設計。每章均配有大量的工程實例，並提供詳細的步驟分解，確保讀者能夠將所學知識直接應用於實際的機電、化工或航空航天控製問題中。本書內容翔實，邏輯嚴密，是控製工程專業學生和緻力於提升工業控製水平的工程師的理想參考書。

第 1 章　導　論
1.1　簡　介
1.2　何謂迴授及其影響為何？
1.3　迴授控製係統的類型
1.4　摘　要

第 2 章　數學基礎
2.1　復數變數之觀念
2.2　頻域圖
2.3　微分方程式之簡介
2.4　拉氏變換
2.5　利用部分分式展開法求反拉氏變換
2.6　拉氏變換在求解綫性微分方程式之應用
2.7　綫性係統的脈衝響應及轉移函數
2.8　綫性控製係統的穩定度
2.9　有界輸入有界輸齣 (BIBO) 穩定度 ── 連續資料係統
2.10　特徵方程式的根與穩定度之間的關係
2.11　連續資料係統之零輸入穩定度和漸近穩定度
2.12　決定穩定度的方法
2.13　勞斯 – 赫爾維茲準則
2.14　MATLAB 工具與個案研究
2.15　摘　要

第 3 章　方塊圖與信號流程圖
3.1　方塊圖
3.2　信號流程圖
3.3　MATLAB 工具與個案研究
3.4　摘　要

第 4 章　動態係統建模：理論基礎與背景工具
4.1　機械係統模型化之簡介
4.2　簡單電氣係統模型化之簡介
4.3　主動電氣元件之建模：運算放大器
4.4　熱力係統模型化之簡介
4.5　流體係統模型化之簡介
4.6　流體係統中的感測器與編碼器
4.7　控製係統中的直流馬達
4.8　具傳輸滯後的係統 ( 時間延遲 )
4.9　非綫性係統的綫性化
4.10　類比關係
4.11　個案研究
4.12　MATLAB 工具
4.13　摘　要

第 5 章　控製係統時域分析
5.1　連續資料係統的時間響應之介紹
5.2　控製係統時間響應的典型測試信號
5.3　單位步階響應與時域規格
5.4　穩態誤差
5.5　原型一階係統的時間響應
5.6　原型二階係統的暫態響應
5.7　直流馬達的速度與位置控製
5.8　位置控製係統的時域分析
5.9　基本控製係統與轉移函數中加入極點及零點的影響
5.10　轉移函數的主極點與零點
5.11　使用增加極點與零點的基本控製係統
5.12　MATLAB 工具
5.13　摘　要

第 6 章　控製實驗室 ( 置於隨書光碟中 )
6.1　簡　介
6.2　虛擬實驗係統之描述
6.3　SIMLAB 及 VIRTUAL LAB 軟體之介紹
6.4　模擬與虛擬實驗
6.5　設計專題 1 ── 機械手臂
6.6　設計專題 2 ── 四分之一車體模型
6.7　摘　要

第 7 章　根軌跡分析
7.1　簡　介
7.2　根軌跡 (RL) 的基本性質
7.3　根軌跡的性質
7.4　根軌跡之設計要點
7.5　根廓圖：多重參數變動
7.6　MATLAB 工具與個案研究
7.7　摘　要

第 8 章　頻域分析
8.1　簡　介
8.2　原型二階係統的 Mr，ωr 與頻寬
8.3　在順嚮路徑轉移函數加入一個零點的影響
8.4　在順嚮路徑轉移函數加入一個極點的影響
8.5　奈奎斯特穩定度準則：基本原理
8.6　極小相位轉移函數係統的奈奎斯特準測
8.7　根軌跡圖與奈奎斯特圖之間的關係
8.8　範例說明：針對極小相位轉移函數之奈奎斯特準測
8.9　在 L(s) 加入極點與零點對奈奎斯特圖形狀的影響
8.10　相對穩定度：增益餘裕與相位餘裕
8.11　應用波德圖的穩定度分析
8.12　相對穩定度與波德圖的增益麯綫斜率之關係
8.13　利用增益 – 相位圖之穩定度分析
8.14　增益 – 相位平麵上之定值 – M 軌跡：尼可斯圖
8.15　非單位迴授係統之尼可斯圖之應用
8.16　頻域中之靈敏度研究
8.17　MATLAB 工具與個案研究
8.18　摘　要

第 9 章　控製係統設計
9.1　簡　介
9.2　PD 控製器設計
9.3　PI 控製器設計
9.4　PID 控製器設計
9.5　相位超前控製器設計
9.6　相位落後控製器設計
9.7　相位超前 – 落後控製器設計
9.8　極 – 零點對消設計：陷波濾波器
9.9　順嚮控製器及前饋控製器
9.10　強健控製器及前饋控製器
9.11　內環迴路迴授控製
9.12　液壓控製係統
9.13　控製器設計
9.14　MATLAB 工具與個案研究
9.15　繪圖指導
9.16　摘　要

第10章　狀態變數分析 ( 置於隨書光碟中 )
10.1　簡　介
10.2　方塊圖、轉移函數和狀態圖
10.3　狀態方程式的嚮量 – 矩陣錶示法
10.4　狀態轉移矩陣
10.5　狀態轉移方程式
10.6　狀態方程式和高階微分方程式之關係
10.7　狀態方程式與轉移函數之關係
10.8　特徵方程式、特徵值與特徵嚮量
10.9　相似變換
10.10　轉移函數的分解
10.11　綫性係統的可控性
10.12　綫性係統的可觀性
10.13　可控性、可觀性和轉移函數之間的關係
10.14　可控性與可觀性的不變性定理
10.15　個案研究：磁浮球係統
10.16　狀態迴授控製
10.17　狀態迴授之極點配置設計
10.18　具有積分控製的狀態迴授
10.19　MATLAB 工具與個案研究
10.20　摘　要

附錄

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這本《自動控製係統》的編寫風格，說實話，一開始我以為會是那種死闆闆、充滿學術術語的教科書，畢竟「自動控製」這幾個字聽起來就夠硬瞭。但翻開之後，我整個改觀！作者的筆觸非常生動，而且他很有條理地將複雜的係統概念拆解成容易理解的部分。像是他在介紹「係統響應」的時候，不隻是講時間響應、頻率響應，還會結閤一些真實的物理現象，比如電梯的啟動與停止、機械手臂的精準定位，讓我們知道這些理論是如何體現在我們周遭的。 我尤其喜歡他在探討「係統穩定性」時所做的說明。以往我對這個概念總是有點模糊，但書中透過圖形化的方式，比如根軌跡圖、奈奎斯特圖，再搭配實際的係統故障例子，讓我深刻體會到穩定性對於一個自動控製係統的重要性，以及一旦失控會帶來怎樣的後果。這本書的優點在於，它不隻告訴你「是什麼」，更重要的是讓你明白「為什麼」。光碟的附贈更是錦上添花，我認為這絕對是想深入理解自動控製原理，並將之應用於實際工作中的讀者，不可或缺的參考書。

评分☆☆☆☆☆

這本《自動控製係統》的封麵上「隨書附光碟」幾個字，對我來說簡直是神來之筆。身為一個對這個領域充滿好奇，但又經常被繁複數學公式嚇退的軟體工程師，我一直在尋找一本能夠 bridge 我理論知識和實際應用之間鴻溝的書籍。看到有光碟，我立刻聯想到裡麵應該會有一些非常有價值的補充資源，比如能幫助我們進行係統模擬的軟體，或者是一些經典控製演算法的實作範例。 我個人比較在意的是，這本書在講解理論時，是否能提供足夠的視覺化輔助，比如係統方塊圖、信號流圖，甚至是一些動畫模擬，來幫助我們更直觀地理解複雜的動態係統。如果光碟裡有類似的模擬工具，能夠讓我們實際操作，觀察不同參數對係統響應的影響，那絕對會讓學習過程變得生動有趣，記憶也會更加深刻。我非常期待這本書能夠提供一個完整的學習路徑，從理論到實踐，讓我能夠真正掌握自動控製的精髓，並將其應用到我的軟體開發工作中。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，我挑選這本《自動控製係統》純粹是看中瞭它「隨書附光碟」的標示。因為我的工作經常需要做一些係統的模擬與分析，而傳統的學習方式往往隻能停留在理論推導，對於實際操作的幫助有限。這本書的齣現，正好填補瞭我學習過程中的一個重要環節。我還沒有詳細閱讀內容，但光是光碟裡可能包含的軟體套件或者模擬程式，就足以吸引我。我猜測，這些工具應該能讓我們更好地理解書本上所講述的演算法和理論，並且能夠親手去設計、調整和測試不同的控製策略。 我希望這本書能夠提供一些實際的案例研究，讓我們能夠將學到的知識應用到實際的工程問題中。畢竟，學習自動控製最終的目的還是為瞭解決實際問題，提高係統的性能和效率。如果光碟裡的內容能夠包含一些常用的控製演算法的實現範例，甚至是完整的模擬專案，那對於我來說將會是莫大的幫助。我期待能夠透過這本書的學習，將理論與實踐結閤得更緊密，為我的工作帶來實質性的提升。

评分☆☆☆☆☆

這本《自動控製係統》對我來說，絕對是一本「工具書」的質感。我平常的工作會接觸到很多需要精密控製的機械設備，所以對自動控製的原理一直很有興趣，但總是覺得市麵上的書籍要麼太過艱澀，要麼就是太過基礎，難以找到一本能兼顧理論深度和實用性的。這本書的「隨書附光碟」讓我眼睛一亮，我認為這代錶著作者不僅僅是傳授知識，更是提供瞭解決問題的「工具」。 我非常好奇光碟裡會包含哪些實用的軟體工具，例如MATLAB/Simulink的相關模組，或是其他專門用於分析和設計控製係統的軟體。如果能有實際的範例程式碼，讓我們可以直接套用或修改，那學習效果肯定會事半功倍。我希望這本書能夠在理論講解清楚的同時，也能提供足夠多的實際操作指南，讓我們能夠透過光碟裡的資源，親自動手驗證書本上的理論，並且能夠將這些方法應用到我們實際的工作項目中。這本書的齣現，讓我對學習自動控製充滿瞭期待。

评分☆☆☆☆☆

哇，這本《自動控製係統》真的是讓我眼睛為之一亮！身為一個在工程領域打滾多年的颱灣上班族，我常常覺得理論知識和實際應用之間似乎總隔著一層紗，這次總算找到瞭一本能把這層紗撥開的書。我特別欣賞作者在解釋一些複雜概念時，能用非常貼近我們生活或工作中會遇到的例子來輔助說明，比如他在講到PID控製器時，不是單純地秀齣數學公式，而是用室內溫度調節、汽車定速巡航等例子，讓我瞬間就能抓到核心精神。而且，書中結構編排的邏輯非常清晰，從最基本的係統分析，到進階的穩定性判斷、控製器設計，循序漸進，即使是剛接觸自動控製領域的初學者，也能感受到它的引導。 最令我驚喜的是，這本書居然還附帶瞭一張光碟！這在現在這個數位時代真的算是一個貼心的加分項。光碟裡應該是包含瞭一些軟體工具、範例程式，甚至是模擬實驗的環境吧？我還沒仔細研究，但光是想到能透過實際操作來驗證書本上的理論，就讓我躍躍欲試。這對於我們這些需要實際動手解決問題的工程師來說，是多麼寶貴的資源啊！很多時候，光看文字和圖錶，總覺得隔靴搔癢，有瞭這些實用的工具，等於是為我們開啟瞭一扇通往真實世界自動控製應用的門。我已經迫不及待想把它跟我的電腦連結，好好地探索一番瞭。