Pid Control Of Dynamic Systems

Pid Control Of Dynamic Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Tapir Forlag
作者:Haugen, Finn
出品人:
页数:293
译者:
出版时间:2004-07
价格:USD 35.50
装帧:Paperback
isbn号码:9788251919456
丛书系列:
图书标签:
  • 科普
  • 控制
  • PID控制
  • 动态系统
  • 自动控制
  • 反馈控制
  • 工程应用
  • 控制系统
  • 稳定性
  • 调节器设计
  • 工业控制
  • 实时控制
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具体描述

PID 控制是现代自动化系统中最基础也是最核心的控制方法之一。它以其简单易懂的原理、强大的鲁棒性和广泛的适用性,在工业生产、航空航天、机器人技术、汽车工程等众多领域得到了长期的实践和验证,并持续发挥着至关重要的作用。 本书旨在为读者提供一个深入理解 PID 控制理论和实践的全面视角。我们不仅仅是罗列公式或算法,而是力求揭示 PID 控制背后蕴含的深刻工程思想和数学原理,并通过丰富的实例帮助读者掌握如何根据具体动态系统的特性,设计、调整和优化 PID 控制器,以达到期望的性能指标。 核心内容概览: PID 控制器的基本原理与数学模型: 比例 (P) 控制: 深入剖析比例控制的作用机制,理解其如何根据当前误差产生控制输出。我们将探讨比例增益 (Kp) 对系统响应速度、稳态精度以及稳定性的影响,并分析纯比例控制的局限性。 积分 (I) 控制: 详细阐述积分控制如何消除稳态误差,以及积分作用的引入如何影响系统的动态性能,例如超调和响应时间。我们会探讨积分饱和问题及其解决方法。 微分 (D) 控制: 深入理解微分控制如何预测误差的变化趋势,从而提前抑制超调、改善瞬态响应。我们将讨论微分陷阱问题以及如何通过滤波等手段来缓解。 PID 控制器通用形式: 综合 P、I、D 三部分,形成完整的 PID 控制器表达式,并讨论其在时域和频域的特性。 动态系统的建模基础: 理解系统响应: 在设计 PID 控制器之前,必须先理解被控对象的动态特性。我们将介绍分析系统阶跃响应、频率响应等基本方法,识别系统的延迟、惯性、阻尼等关键参数。 系统辨识方法: 对于实际系统,其精确模型可能难以获得。本书将介绍一些常用的系统辨识技术,如传递函数辨识、状态空间辨识等,帮助读者从实验数据中获取系统的数学模型。 常用动态系统模型: 重点介绍工程中常见的动态系统模型,如一阶惯性加延迟系统、二阶振荡系统等,并分析其特点,为后续控制器设计奠定基础。 PID 控制器的整定方法: 理论整定方法: 齐格勒-尼科尔斯 (Z-N) 整定法: 详细讲解 Z-N 方法的两种整定策略(临界比例区法和延时系统法),以及如何根据临界增益和临界周期来计算 PID 参数。 临界阻尼法: 基于二阶系统的经典控制理论,推导在特定阻尼比下的 PID 参数整定方法。 经验整定方法: 试凑法(手动整定): 介绍基于实际操作经验的 PID 参数调整技巧,从 P、I、D 各分量入手,逐步优化控制器性能。 基于性能指标的整定: 介绍如何根据具体的性能指标(如上升时间、超调量、调节时间、积分绝对误差 IAE、积分平方误差 ISE 等)来指导参数整定。 自动整定技术: 简要介绍现代控制器中集成的自动整定功能,以及其背后的原理。 PID 控制器的实现与优化: 离散时间 PID 控制器: 讲解如何在数字控制器中实现 PID 控制,包括采样、差分和积分的离散化方法,以及常用的离散化算法(如后向差分、前向差分、梯形法则等)。 抗积分饱和(Anti-windup)技术: 深入分析积分饱和现象的产生原因及其对系统性能的负面影响,并介绍多种有效的抗积分饱和策略,如限制积分输出、条件积分等。 抗微分(Derivative Kick)和微分滤波: 讲解微分作用对设定值阶跃变化的敏感性,介绍如何通过仅对测量值进行微分来避免微分陷阱,以及如何引入低通滤波器来抑制高频噪声对微分项的影响。 PID 控制器的扩展形式: PID 变种: 简要介绍一些 PID 的改进形式,如 PI 控制器、PD 控制器、PIDD2 控制器等,以及它们的应用场景。 多回路 PID 控制: 介绍如何使用 PID 控制器构建级联控制、前馈控制等复杂控制结构,以提高系统的整体性能。 PID 控制器的应用实例: 温度控制系统: 以加热炉温度控制为例,分析系统特性,设计并整定 PID 控制器,实现精确的温度稳定。 速度控制系统: 以直流电机速度控制为例,讲解如何根据电机模型设计 PID 控制器,实现平稳快速的速度跟踪。 位置控制系统: 以机器人关节位置控制为例,展示 PID 控制在实现精确位置跟踪中的应用。 其他应用领域: 简要提及 PID 在液位控制、压力控制、流量控制等其他典型工业过程控制中的应用。 本书的特色: 循序渐进的讲解: 从最基础的概念出发,逐步深入到高级的控制技术和优化方法。 丰富的图示与案例: 大量运用图表、仿真结果和实际工程案例,帮助读者直观理解抽象的控制原理。 强调实践操作: 鼓励读者通过仿真软件(如 MATLAB/Simulink)或实际硬件平台进行实验,将理论知识转化为实际技能。 注重工程理解: 不仅仅教授“如何做”,更强调“为什么这么做”,帮助读者培养独立分析和解决控制问题的能力。 无论您是自动化领域的学生、工程师,还是希望深入了解现代控制技术的研究者,本书都将为您提供宝贵的知识和实用的技能。通过学习本书,您将能够自信地设计、实现和优化 PID 控制器,从而有效地控制各种动态系统,提升工程系统的性能和稳定性。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的深度和广度都令人印象深刻,它不仅仅是对PID控制算法本身的讲解,更是将其置于更广阔的动态系统控制的框架下进行阐述。作者在开篇部分就对动态系统的基本概念、建模方法以及稳定性理论进行了清晰的梳理,这为后续PID控制的设计和分析提供了坚实的理论基础。我非常欣赏书中对PID控制器不同形式的细致对比,比如位置式PID和增量式PID在实际应用中的差异,以及它们各自的优缺点,这对于我们在嵌入式系统中实现PID控制具有重要的参考价值。书中关于PID参数整定的章节,更是内容丰富。除了经典的Ziegler-Nichols方法,还深入探讨了基于模型的方法,如内模控制(IMC)派生的PID整定,以及基于频率响应特性的整定方法。这些方法在应对实际系统中的不确定性和非线性方面,展现出了更强的鲁棒性。此外,书中还对PID控制器的抗饱和、抗积分死区等问题进行了深入的分析,并提供了多种有效的解决方案,这些都是在实际工程中不可或缺的宝贵经验。我特别喜欢书中关于“PID控制器在不同应用场景下的性能优化”的讨论,例如在伺服系统、过程控制系统中的特定应用,以及如何根据系统特性调整PID参数以获得最佳性能。这本书的语言流畅,逻辑清晰,即使是复杂的概念也能被清晰地表达出来,绝对是PID控制领域的一本必读之作。

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这本书不仅仅是关于PID控制的理论,更是关于如何将PID控制有效地应用于实际动态系统。我作为一名有几年经验的研发工程师,在工作中也经常使用PID控制,但总觉得在某些复杂工况下,PID的性能提升空间有限。而这本书,就为我提供了很多新的思路和解决方案。书中对各种常见动态系统的数学模型进行了详细的介绍,并分析了这些模型特性对PID控制设计的影响。比如,对于具有显著惯性和阻尼的二阶系统,书中详细阐述了如何通过调整PID参数来平衡系统的响应速度和稳定性,如何有效抑制超调量。对于一些具有复杂动态特性的系统,例如具有延迟或非线性的系统,书中也提供了一些改进PID控制的策略,比如在PID控制器中加入前馈补偿,或者采用模糊逻辑与PID相结合的混合控制方法。这些内容都非常有启发性,让我看到了PID控制在更广阔的领域应用的潜力。书中还对PID控制器的离散化问题进行了非常细致的讲解,包括不同离散化方法的选择、采样周期的影响,以及如何在离散域中实现PID控制器,这对于我们实际进行数字信号处理和嵌入式系统开发非常有帮助。我特别喜欢书中关于“PID控制器的故障诊断与容错”的讨论,这在工业应用中是非常重要的一个环节。书中提供了一些识别PID控制器故障的方法,以及在出现故障时如何采取措施,保证系统的基本运行。这些实际而宝贵的内容,是许多理论书籍中所欠缺的。

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在阅读《Pid Control Of Dynamic Systems》之前,我对PID控制的理解仅停留在“加上P、I、D就能让系统变好”的层面,这本书则彻底改变了我的认知。它深入浅出地剖析了PID控制的核心思想,即如何利用“过去”、“现在”和“未来”的信息来预测和修正系统的偏差。作者通过生动的比喻,将抽象的数学概念具象化。例如,比例项被比作“看到误差就反应”,积分项被比作“记住过去的错误并不断累积”,微分项则被比作“预测未来趋势并提前行动”。这种解读方式,极大地降低了理解难度。书中最让我受益的,是它关于“PID控制器参数的鲁棒性”的讨论。在实际应用中,我们往往会遇到系统模型不准确或者外部干扰的情况,而鲁棒的PID控制器能够在这种不确定性下依然保持良好的性能。书中介绍了几种提高PID控制器鲁棒性的方法,比如增加积分环节的滤波、使用微分先行等,这些都为我解决了实际工程中的许多难题。此外,书中还对PID控制的局限性进行了坦诚的讨论,例如在处理非线性系统或具有明显时滞的系统时,PID控制可能遇到的挑战,以及可以考虑的改进方案。这种客观全面的分析,让我对PID控制有了更成熟的认识,也为我未来学习更高级的控制算法打下了基础。整本书的论述逻辑清晰,环环相扣,仿佛在引导读者一步步构建起对PID控制的全面认知体系,让我从一个“使用PID”的人,变成了一个“理解PID”并能“灵活运用PID”的人。

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这本书的结构非常合理,从对动态系统的基本建模和分析开始,为理解PID控制奠定了坚实的基础。作者在介绍系统建模时,并没有过于深入到复杂的数学理论,而是选择了那些与PID控制最相关的模型,比如传递函数和状态空间模型,并详细解释了它们在PID设计中的作用。这对于不熟悉建模的读者来说,是一个非常友好的切入点。在PID控制器的设计部分,书中对比例、积分、微分这三个基本环节的讲解,可以说是详尽入微。作者不仅解释了它们在时域和频域上的特性,还详细讨论了它们对系统响应的影响,包括对稳态误差、瞬态响应(如超调量、上升时间、衰减因子)以及系统稳定性的影响。我特别赞赏书中对“关键性能指标”的定义和衡量方法,这使得我们可以客观地评价PID控制的效果。书中还提供了大量的仿真示例,展示了不同PID参数组合下系统响应的变化,这些仿真图非常直观,能够帮助读者快速建立起参数与性能之间的联系。而且,书中还涉及到了一些PID控制器在实际应用中的注意事项,比如传感器噪声的处理、执行器限制的处理等等,这些都是在理论学习中常常被忽略但又至关重要的实际问题。我印象特别深刻的是,书中对“经验性整定方法”和“模型依赖性整定方法”的对比分析,清晰地指出了各自的优缺点,让读者能够根据实际情况选择最合适的方法。这本书的写作风格严谨而不失活泼,语言流畅,即使是复杂的概念也能够被清晰地表达出来。

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作为一名在工业自动化领域摸爬滚打多年的工程师,我深知PID控制算法在各种控制系统中的重要性。《Pid Control Of Dynamic Systems》这本书,可以说是我近期读到的一本非常优秀的PID控制领域的专著。它不仅仅是对PID控制原理的简单罗列,更是深入探讨了PID控制在复杂动态系统中的应用和优化。书中对动态系统的建模和分析部分,为理解PID控制奠定了坚实的理论基础,作者选择了与PID控制最相关的模型,如传递函数和状态空间模型,并详细解释了它们在PID设计中的作用。这对于初学者来说,是一个非常友好的切入点。书中对PID控制器的参数整定方法进行了详尽的阐述,不仅包括了经典的 Ziegler-Nichols 方法,还介绍了更多现代化的、基于模型的方法,以及频率域的整定方法,这些方法在应对实际系统的不确定性和非线性方面,展现出了更强的鲁棒性。我特别欣赏书中关于“PID控制器的鲁棒性设计”的讨论,以及如何通过调整参数来提高控制器在各种工况下的性能。此外,书中还对PID控制器的局限性进行了坦诚的讨论,例如在处理非线性系统或具有明显时滞的系统时,PID控制可能遇到的挑战,并提供了一些改进的思路,这些都为我解决实际工程中的许多难题提供了宝贵的经验。整本书的论述逻辑清晰,语言流畅,绝对是PID控制领域的一本集大成之作,对于任何想要深入了解PID控制的工程师来说,都是一本不可多得的宝藏。

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我是一名对自动化控制充满热情的学生,在接触《Pid Control Of Dynamic Systems》这本书之前,我对PID的理解仅仅停留在课本上的几个公式。这本书彻底改变了我的看法。作者以一种极其细致和严谨的方式,将PID控制的理论和实践完美地结合起来。从对动态系统的基本建模和分析入手,作者详细介绍了如何将比例、积分、微分这三个环节有机地结合起来,以实现对系统性能的优化。我印象最深刻的是,书中对于每一个控制环节的解释都非常深入,不仅仅停留在“做什么”,更重要的是“为什么这样做”。例如,在解释积分环节时,作者详细阐述了它如何通过累积误差来消除稳态误差,以及在实际应用中可能遇到的“积分饱和”问题,并给出了多种解决方案。同样,对于微分环节,作者不仅说明了它如何通过预测未来趋势来抑制超调,还强调了如何处理因微分环节带来的高频噪声问题。书中提供了大量的仿真示例,展示了不同PID参数组合下系统响应的差异,这些直观的图示让我能够快速理解参数对系统性能的影响。此外,书中还探讨了PID控制器在不同采样周期下的离散化问题,这对于我在数字控制器中实现PID算法至关重要。这本书的写作风格非常专业,但又不失易读性,它为我打开了PID控制领域的一扇新世界的大门,让我对这个领域产生了浓厚的兴趣。

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我是一名刚入职不久的控制工程师,在大学里学到的PID知识,在实际工作中总感觉有些脱节。《Pid Control Of Dynamic Systems》这本书,填补了我理论与实践之间的巨大鸿沟。我尤其喜欢书中对“如何理解PID”的讲解方式。它不是直接给出公式,而是从系统响应的“缺陷”出发,一步步引导你思考如何通过比例、积分、微分的组合来弥补这些缺陷。比如,当系统存在稳态误差时,作者就清晰地解释了积分环节是如何通过累积误差来消除稳态误差的;当系统响应过缓时,比例环节是如何加速响应的;而当系统存在超调或振荡时,微分环节又是如何通过预测未来趋势来抑制超调的。这种“问题导向”的学习方式,让我对PID的每一个组成部分都有了更深刻的理解。书中的一个亮点是,它详细讲解了PID参数整定过程中可能遇到的各种问题,以及相应的解决方案。例如,积分饱和问题、微分先行带来的高频噪声问题,以及如何通过滤波来解决等。这些都是在实际应用中非常常见且棘手的问题,但在这本书里都能找到清晰的解答。此外,书中还对PID控制器在不同采样周期下的离散化问题进行了详细的讨论,这对于我们在数字控制器中实现PID算法至关重要。我记得书中提供了一个非常实用的表格,列出了不同系统阶数和特性下,PID参数的初步选取范围,这在项目初期进行初步调试时,能够极大地节省时间。总的来说,这本书不仅教授了PID的“是什么”,更重要的是教会了PID的“如何做”,以及“为什么这样做”,让我从一个“知其然”的学生,真正迈向了“知其所以然”的工程师。

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《Pid Control Of Dynamic Systems》这本书,可以说是我学习PID控制的“敲门砖”和“定心丸”。在学习初期,我曾被PID控制中的各种公式和理论弄得头昏脑涨,感觉无从下手。但这本书的出现,彻底改变了我的困境。作者以一种非常易于理解的方式,将PID控制的精髓娓娓道来。从最基础的反馈控制原理讲起,循序渐进地引入了比例、积分、微分三个控制环节。书中对每个环节的作用都进行了详细的解释,并辅以直观的图示和类比。例如,比例环节被比作“看到误差就立即做出反应”,积分环节被比作“不断累积过去的误差并加以修正”,微分环节则被比作“预测未来误差并提前行动”。这种生动形象的讲解方式,让我很快就理解了PID控制的基本思想。书中还详细介绍了PID参数整定的各种方法,包括经验整定法、 Ziegler-Nichols 法,以及基于模型预测的整定方法。对于每一种方法,书中都给出了详细的操作步骤和优缺点分析,让我能够根据不同的应用场景选择最合适的方法。我尤其赞赏书中关于“PID控制器的局限性”的讨论。作者并没有夸大PID控制器的能力,而是坦诚地指出了它在处理一些复杂系统时可能遇到的挑战,并提供了一些改进的思路。这种客观严谨的态度,让我对PID控制有了更全面、更深入的认识。

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作为一名在工业自动化领域摸爬滚打多年的工程师,我对各种控制算法都有一定的了解,而《Pid Control Of Dynamic Systems》这本书,无疑是PID控制领域的一本集大成之作。它不仅仅是对PID控制原理的罗列,而是深入挖掘了PID控制在复杂动态系统中的精髓。书中的数学推导非常严谨,但又不失工程实践的可操作性。作者在介绍PID控制器结构时,详细阐述了连续时间域和离散时间域下的PID算法,并对各种实现形式,如位置式、增量式PID进行了深入的比较和分析,以及它们各自的优缺点和适用场景。这对于我们在实际项目中选择合适的PID实现方式非常有指导意义。我特别欣赏书中对PID参数整定方法的细致讲解。除了传统的Ziegler-Nichols方法,书中还介绍了更现代、更鲁棒的整定技术,例如基于模型的方法,以及利用优化算法来自动寻找最优PID参数。这些内容对于我们应对日益复杂的工业现场和性能要求非常有帮助。此外,书中对PID控制器的稳定性分析也做了深入的探讨,包括根轨迹法、奈奎斯特判据、波特图等经典方法在PID系统分析中的应用,以及如何通过PID参数的调整来改善系统的稳定性和动态响应。这些理论知识的扎实掌握,能够帮助我们更自信地应对各种工况下的系统调试。书中还涉及了一些PID控制器的扩展和改进,例如模糊PID、自适应PID等,这为我们进一步提升控制性能提供了思路。即使是对于PID控制已经非常熟悉的工程师,这本书也提供了很多值得借鉴的视角和技巧,能够帮助我们进一步深化理解,并在实际工作中取得更好的效果。

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我是一名自动化专业的学生,最近开始接触PID控制,这本《Pid Control Of Dynamic Systems》可以说是我学习路上的引路明灯。书的封面设计简洁而专业,一看就知道内容会很扎实。翻开第一页,就被作者严谨的逻辑和清晰的结构所吸引。从最基础的反馈控制概念讲起,循序渐进地引入了PID控制器的原理,比如比例、积分、微分环节各自的作用,以及它们如何协同工作来稳定和优化动态系统。最令我印象深刻的是,作者不仅仅是停留在理论层面,而是用了大量的实际案例来解释这些概念。比如,在讲解如何调整PID参数时,书里详细描述了通过观察系统响应曲线来手动整定的方法,还提到了 Ziegler-Nichols 等经典整定方法。这些方法虽然听起来有些“老派”,但对于初学者来说,理解其背后的原理至关重要。而且,书中对不同类型动态系统的响应特性做了详细的分析,无论是简单的一阶系统还是更复杂的二阶甚至高阶系统,都能找到相应的PID控制策略。作者在解释每一个概念时,都辅以生动的比喻和图示,让那些抽象的数学公式变得易于理解。例如,在讲到积分环节的“抗饱和”问题时,作者用了一个非常贴切的类比,让我瞬间就明白了积分环节在实际应用中可能遇到的困难以及如何解决。此外,书中还探讨了PID控制在不同工程领域中的应用,比如机器人、航空航天、过程控制等等,这让我对PID控制的广泛性和重要性有了更深的认识。即使是那些我从未接触过的领域,通过书中的案例,我也能大致理解PID控制是如何发挥作用的。这本书不仅仅是一本教科书,更像是一位经验丰富的导师,在我迷茫时指点迷津。

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