自动控制（第四版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书内容文字简要清晰，例题简单，易于了解，适合初学自动控制之读者作为参考用书。本书还附有高考考题及部分历届研究所考题，让有意升学之同学能更加了解考题趋势。适合大学、科大电机、机械科系「自动控制」课程或业界相关人士及有兴趣之读者使用。

本书特色

　　1.文字简要清晰，适合初学自动控制之读者作为参考用书。
　　2.本书内容例题简单，易于了解。
　　3.本书附有高考考题及部分历届研究所考题，让有意升学之同学能更加了解考题趋势。
　　4.本书适合大学、科大电机、机械科系「自动控制」课程或业界相关人士及有兴趣之读者使用。

自动控制理论与系统分析：现代工程实践的基石 图书导览：一本聚焦于系统动态行为与智能控制实现的深度解析 本书旨在为工程师、研究人员和高级工程专业学生提供一套严谨而实用的自动控制理论与系统分析框架。我们摒弃了对传统控制概念的简单罗列，转而深入探讨现代控制理论在复杂工程系统中的应用、鲁棒性设计以及前沿的智能控制技术。全书结构精炼，逻辑清晰，力求在理论深度与工程实用性之间架起一座坚实的桥梁。 第一部分：系统建模与时域分析的深化 本部分的核心在于如何准确地将物理世界中的动态过程转化为数学模型，并在此基础上进行系统的性能评估。 第一章：广义动态系统的建模范式 本章不再局限于经典的机电系统，而是引入了更具挑战性的非线性、分布参数和时滞系统的建模方法。重点讨论了基于物理建模（First-Principles Modeling）的系统辨识，特别是利用状态空间法描述复杂多输入多输出（MIMO）系统的内在结构。我们详细阐述了混合系统（Hybrid Systems）的建模需求，这些系统在航空航天、机器人抓取等领域至关重要，其切换行为对控制设计提出了新的要求。引入了模型降阶技术，旨在从高维度的复杂模型中提取出最能代表系统核心动态特性的低阶模型，这对于实时控制器的设计具有不可替代的价值。 第二章：时域性能与暂态响应的精细化评估 超越基本的超调量和建立时间，本章深入探讨了控制系统在非线性约束下的时域表现。我们引入了鲁棒性指标，如$mathcal{H}_{infty}$范数在时域的解释，以及基于能量函数的稳定性分析方法。对于线性定常系统，着重分析了极点配置在有限时间内的实现，并讨论了如何通过引入前馈控制结构来抵消已知的外部扰动对暂态性能的影响。此外，时间尺度分离（Singular Perturbation Theory）被用于分析具有快慢动态的系统，指导设计分层或多速率控制器。 第二部分：频域分析的现代视角与鲁棒控制设计 频域工具是理解系统对不同频率输入敏感度的关键。本部分将传统频域分析工具（如Bode图、Nyquist图）与现代鲁棒控制理论相结合，以应对实际工程中不确定性的挑战。 第三章：现代频域分析与性能边界 本章重审了频率响应函数（FRF）的工程意义，将其与系统的可控性/可观测性联系起来。重点关注奇异值分解（SVD）在多输入多输出系统频率响应分析中的应用，用以识别系统的输入/输出耦合程度以及不同通道的灵敏度差异。引入了限制性输入/输出（RIO）的概念，用以在频域上精确定义性能和稳定性边界，这是设计高可靠性控制器的基础。 第四章：$mathcal{H}_2$与$mathcal{H}_{infty}$控制理论精讲 这是本书的理论核心之一。$mathcal{H}_2$最优控制（LQR/LQG）被视为在噪声和性能约束下的基准设计方法。然而，本书更侧重于$mathcal{H}_{infty}$控制，它直接处理了模型的不确定性（即结构化或非结构化摄动）。我们详细推导了三角不等式求解方法和LMI（线性矩阵不等式）在求解$mathcal{H}_{infty}$控制器中的应用，强调了如何将性能指标（如稳态误差、带宽）转化为频率加权函数，从而实现对控制带宽和抗扰性能的精确折衷。 第五章：反馈的结构化设计与回路整形 超越标准的“全极点配置”，本章探讨了回路整形（Loop Shaping）技术，这是一种将频域指标（如相位裕度和增益裕度）嵌入到前馈补偿器设计中的实用方法。探讨了$K$-iteration（$K$迭代）过程，用于在保证系统稳定裕度的前提下，优化特定频率范围内的性能。此外，还介绍了$mu$-分析和$mu$-综合，这是处理多模型不确定性（如参数波动和未建模动态）的强大工具。 第三部分：先进控制技术与系统实现 现代控制不再局限于线性假设。本部分聚焦于如何利用非线性动力学知识和先进的计算方法来解决更复杂的控制难题。 第六章：非线性系统的稳定性与反馈线性化 非线性系统是自然界和工程系统的普遍形态。本章首先回顾了李雅普诺夫稳定性理论的广义应用，特别是二次型李雅普诺夫函数的构造难度。核心内容是反馈线性化（Feedback Linearization）技术，详细介绍了微分几何工具，如李导数、向量场和微分形式，来精确抵消系统中的非线性项，将复杂的非线性系统转化为可由LQR等线性技术处理的形式。同时也讨论了局部稳定性和关性（Zero Dynamics）的稳定性分析。 第七章：模型预测控制（MPC）的工程实现 MPC因其能显式处理输入约束和状态约束的能力，成为现代过程控制和机器人控制的首选。本章强调了MPC的实时优化性质。详细阐述了滚动时域优化的原理，包括如何利用有界线性化技术（如ESMPC）来处理非线性系统的实时求解问题。讨论了对偶原理在加速MPC求解中的应用，以及在系统发生大扰动时，如何通过软约束/硬约束的切换策略来保证系统的安全运行。 第八章：智能控制与自适应机制的融合 本章探讨了当系统模型本身不确定或随时间发生变化时的控制策略。重点介绍了基于神经网络的自适应控制，特别是基于反向传播（BP）和递归最小二乘（RLS）的参数在线估计方法，用于实时修正控制器增益。此外，对模糊逻辑控制（FLC）在处理经验知识和处理高度非线性系统时的优势进行了深入分析，并将其与基于模型的控制（如LQR/MPC）相结合，形成了混合智能控制架构。 附录：计算工具与仿真环境 本附录提供了使用主流工程计算软件进行系统仿真和控制器验证的实用指导，包括状态空间表示的转换、频域分析的可视化，以及针对LMI求解器和MPC工具箱的脚本示例，确保读者能够无缝地将理论知识转化为实际的工程解决方案。 全书以严谨的数学推导为基础，穿插大量源自航空航天、电力电子和精密制造领域的真实案例分析，旨在培养读者“设计驱动”的思维方式，使控制不再是简单的“调参”，而是对系统动态行为的深刻理解和前瞻性设计。

第一章 概论
1-1 控制系统之发展与展望
1-2 控制系统之定义及组成
1-3 控制系统之分类
1-3.1 开回路与闭回路控制系统
1-3.2 线性与非线性控制系统
1-3.3 时变与非时变控制系统
1-3.4 连续时间控制系统与离散时间控制系统
1-4 控制系统之设计程序

第二章 数学基础
引言
2-1 复变数的观念
2-1.1 复变数与复变函数
2-1.2 解析函数、极点与零点
2-2 微分方程式
2-3 拉氏转换
2-3.1 拉氏转换的定义
2-3.2 基本函数之拉氏转换
2-3.3 拉氏转换的重要定理
2-3.4 以部份分式展开法求反拉氏转换
2-3.5 以拉氏转换解线性常微分方程式
2-4 基本矩阵理论
2-4.1 矩阵的定义
2-4.2 矩阵的种类
2-4.3 矩阵之基本运算
2-4.4 凯立-汉米尔顿定理

第三章 控制系统的表示法
引言
3-1 微分方程式与转移函数
3-2 方块图
3-3 信号流程图
3-4 梅森增益公式
3-5 状态方程式
3-6 状态图
3-6.1 由状态图求动态方程式
3-6.2 由状态图求转移函数
3-7 转移函数的分解
3-7.1 直接分解法
3-7.2 串联分解法
3-7.3 并联分解法

第四章 物理系统之数学模式
引言
4-1 电网路元件的模式化
4-2 电网路系统的方程式
4-3 机械元件的模式化
4-3.1 移动式元件
4-3.2 转动式元件
4-4 机械系统的方程式
4-5 电机系统的方程式
4-5.1 场控式直流马达
4-5.2 枢控式直流马达
4-5.3 双相感应马达
4-6 转换器
4-6.1 电位计
4-6.2 同步器
4-6.3 转速计
4-6.4 增量编码器

第五章 状态空间分析
引言
5-1 状态空间描述
5-2 状态转移矩阵
5-3 转移函数矩阵、特性方程式与特性根
5-4 状态方程式之解-状态转移方程式
5-5 转换至相位变数标准式
5-6 对角化与约旦标准式
5-7 线性系统的可控制性
5-8 线性系统的可观测性

第六章 控制系统的时域分析
引言
6-1 控制系统的典型测试信号
6-2 回授系统之稳态误差
6-2.1 误差常数法
6-2.2 误差级数法
6-3 暂态响应性能规格
6-3.1 一阶系统的暂态响应规格
6-3.2 二阶系统的暂态响应规格
6-4 二阶系统的步阶响应
6-5 高阶系统之主极点

第七章 控制系统之稳定度与灵敏度
引言
7-1 稳定度的定义
7-2 路斯-哈维次准则
7-3 相对稳定度分析
7-4 系统之灵敏度

第八章 根轨迹法
引言
8-1 根轨迹的基本观念
8-2 根轨迹的作图法则
8-3 根轨迹的作图实例

第九章 控制系统的频域分析
引言
9-1 线性非时变系统之频率响应
9-1.1 频率响应之性能规格
9-1.2 标准二阶系统之频域特性
9-2 波德图
9-2.1 基本函数之波德图
9-2.2 波德图之作图步骤
9-2.3 系统型态与大小对数图之关系
9-3 奈氏稳定度准则
9-3.1 幅角原理
9-3.2 奈氏路径
9-3.3 奈氏准则和F(s)=G(s)H(s)之奈氏图
9-3.4 相对稳定度分析

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《自动控制（第四版）》这本书，给我最大的感受就是它的“实战性”。虽然是理论教材，但它处处流露出对工程实际的关注。它不仅仅满足于让你掌握基本的分析方法，更重要的是教你如何将这些方法应用到实际的控制系统设计中。比如，在讲到控制器设计时，它会详细介绍不同类型控制器的设计步骤和设计原则，并且会给出一些比较完整的案例分析，让你能够跟着书中的思路，一步一步地完成一个控制器设计。我印象很深刻的是，书中关于状态反馈控制器设计的章节，讲解得非常透彻，它不仅介绍了状态反馈的原理，还详细讲解了如何利用极点配置来实现期望的系统动态性能。这对我来说是颠覆性的，因为之前我一直以为控制器设计就是调整PID参数，而状态反馈则打开了我全新的视角，让我意识到可以通过改变系统的内部状态来达到控制的目的。我之前在做一个机器人手臂的轨迹跟踪控制时，就尝试使用了状态反馈，虽然实现起来比PID复杂一些，但最终的效果远超预期，系统的跟踪精度和鲁棒性都得到了显著提升。这本书的语言风格也比较接地气，虽然是技术性的内容，但读起来不会让人感到枯燥乏味，很多地方都有作者的“用心良苦”，比如在解释一些复杂概念时，会用一些生活中的类比，或者给出一些“陷阱”提示，提醒我们注意容易出错的地方。

评分☆☆☆☆☆

这本《自动控制（第四版）》真的不是一本简单的教科书，它更像是一位循循善诱的良师。在阅读过程中，我发现它不仅仅是知识的传递，更是在引导我思考，培养我的工程思维。比如，在讲解系统辨识这一章节时，它并没有只是罗列几种辨识方法，而是详细分析了每种方法的适用条件、优缺点，以及如何根据实际情况选择合适的方法。它还强调了辨识结果的评估和验证的重要性，这让我明白，在实际工程中，光是有理论是不够的，还需要对结果进行反复的检验和优化。而且，书中的习题设计也非常精妙，有些习题是纯理论计算，有些则是需要结合实际应用场景去分析和设计。我特别喜欢那些需要动脑筋去解决的综合性习题，它们能够帮助我巩固课堂上学到的知识，并且将不同章节的知识点融会贯通。我曾经花了很长时间去研究书中关于模型预测控制（MPC）的章节，虽然MPC是一个相对复杂的理论，但这本书的讲解方式让我能够逐步理解其基本思想和工作原理。它通过简单的例子，展示了MPC如何通过预测未来的系统行为并优化控制输入来达到控制目标。这让我对先进控制策略有了初步的认识，并激发了我进一步深入学习的兴趣。总而言之，这本书不仅仅是为我提供了知识，更是为我打开了一扇通往自动控制更广阔世界的大门。

评分☆☆☆☆☆

哇！拿到《自动控制（第四版）》这本书，感觉就像挖到宝一样！身为一个自动化科系的学生，自动控制绝对是门必修中的必修，更是我未来职涯的基石。市面上的教科书很多，但第四版的《自动控制》真的有它的独特魅力。首先，它的内容编排非常扎实，从最基础的拉普拉斯变换、传递函数、系统分析，一直到更进阶的状态空间法、根轨迹、频率响应，甚至是数字控制，每个章节都循序渐进，逻辑性超强。不会像有些书，一下子就跳到很复杂的概念，让人摸不着头绪。这本教材的优点在于，它会把每一个概念都拆解得很细，并且搭配大量图示和例题，尤其是一些控制系统设计的实例，都非常贴近实际工业应用。我记得在学习PID控制器的设计时，书中给出的几种不同调参方法，并分析了各自的优缺点，这让我能够针对不同的应用场景，选择最合适的控制器参数，而不是死记硬背。而且，它还会讲解很多经典控制器的设计思路，比如超前-滞后控制器，这对于理解控制系统的补偿策略非常有帮助。我之前在做项目时，遇到一个伺服电机的位置控制问题，一开始用最简单的P控制，效果很差，震荡得很厉害，后来翻阅了这本书关于PID的章节，结合它的理论讲解和例题，我才慢慢摸索出整定PID参数的诀窍，最终把系统的稳定性、响应速度和稳态误差都优化得相当不错。这本书真的不只是教你公式，更是培养你解决实际问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

说实话，一开始拿到《自动控制（第四版）》，我有点担心它会不会太过于理论化，毕竟很多控制理论听起来都高深莫测。但实际翻阅之后，我完全被打消了这个疑虑。这本书在概念的讲解上，非常注重物理意义的阐述，不会让人觉得只是在背诵抽象的数学公式。例如，在讲解稳定性的时候，它不光是从劳斯判据或者奈奎斯特图来分析，还会从能量的角度去解释为什么系统会不稳定，这种深入浅出的讲解方式，让我对稳定性这个概念有了更深刻的理解。另外，书中的数学推导都写得非常清晰，每一步的逻辑关系都交代得明明白白，这对于我这种数学基础不是特别扎实的学生来说，简直是福音。很多时候，我看其他书，数学推导写得跳跃性很大，搞得我云里雾里，但这本教材就没有这个问题，你会清楚地知道每个公式是怎么得出来的，以及它代表的物理意义是什么。而且，它还引入了根轨迹这个概念，并详细讲解了如何绘制根轨迹，以及根轨迹如何反映系统的动态性能，这让我能直观地看到系统参数变化对性能的影响。我曾经在设计一个飞行器的姿态控制系统时，就利用了根轨迹的方法，通过调整增益，找到了一个既能保证稳定又能快速响应的参数范围。这本书的图文并茂，包括大量的系统框图、时域响应曲线、频域响应图，都让抽象的概念变得生动形象，极大地减轻了我的学习负担。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，当我拿到《自动控制（第四版）》的时候，我最担心的就是它的“落伍”。毕竟自动控制这个领域发展非常迅速，特别是近些年来，随着计算能力和传感器技术的飞速发展，很多新的控制理论和方法层出不穷。我怕这本书会过于偏重传统的经典控制理论，而忽略了一些新的发展。但阅读之后，我发现我的担心是多余的。这本书虽然以经典控制理论为基础，但它并没有停滞不前。在基础理论讲解扎实的同时，它还非常有前瞻性地引入了数字控制的相关内容，例如采样、离散化、数字控制器设计等。这对我来说非常重要，因为现在很多实际的控制系统都是基于微处理器实现的，掌握数字控制的原理和方法，是理解和设计现代控制系统的关键。书中对数字控制系统的分析和设计方法都讲解得相当到位，让我能够理解如何将连续时间系统转化为离散时间系统，并且如何设计数字滤波器和数字控制器。我记得在学习数字PID控制器设计时，书中详细介绍了不同离散化方法的优缺点，以及如何根据采样时间来选择合适的离散化方法。这让我能够更好地理解和应用在实际项目中，特别是在嵌入式系统开发中，对数字控制器的理解至关重要。