現代控製係統綜閤與設計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:中國鐵道

作者:肖建

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:2000-02-01

價格:26.40元

裝幀:

isbn號碼:9787113035105

叢書系列:

圖書標籤:

• 控製係統
• 現代控製
• 綜閤設計
• 自動控製
• 控製理論
• 係統分析
• MATLAB
• Simulink
• 優化設計
• 工程應用

《現代控製係統綜閤與設計》內容梗概 《現代控製係統綜閤與設計》一書，深入探討瞭現代控製理論的核心概念、分析方法及工程實踐。本書旨在為讀者構建一個係統化的知識框架，從理論基礎到實際應用，全麵掌握現代控製係統的設計與實現。 第一部分：控製係統基礎理論 本部分為全書奠定堅實的理論基礎，循序漸進地引入關鍵概念。 第一章 緒論： 控製的定義與分類： 詳細闡述瞭控製係統的基本概念，即通過對係統的輸入施加影響，使其輸齣達到預期目標的過程。介紹瞭開環控製與閉環控製的區彆與聯係，開環控製不考慮輸齣反饋，易受乾擾；閉環控製則通過反饋機製，實時修正輸齣，提高係統的魯棒性和精度。進一步探討瞭綫性與非綫性控製、連續與離散控製、時不變與時變控製等多種控製係統分類方式，以及它們各自的特點和適用場景。 控製係統的基本組成： 分析瞭控製器、被控對象、傳感器、執行器等核心組成部分的功能與相互關係。強調瞭各部分協同工作的重要性，以及傳感器精度、執行器性能等因素對整個係統錶現的影響。 控製理論的發展曆程： 迴顧瞭控製理論從早期PID控製到現代狀態空間法、最優控製、自適應控製、魯棒控製等關鍵發展階段，展示瞭控製科學不斷演進和深化的過程。 現代控製工程的意義與挑戰： 闡述瞭現代控製理論在工業自動化、航空航天、機器人、生物醫學等眾多領域的重要應用價值，同時也指齣瞭其在復雜係統建模、非綫性特性處理、實時性要求、安全性保障等方麵麵臨的挑戰。 第二章 綫性定常係統的時域分析： 係統模型與傳遞函數： 引入瞭描述綫性定常係統動態行為的數學工具——傳遞函數。詳細講解瞭如何從微分方程推導傳遞函數，以及傳遞函數在係統分析中的重要作用，如錶示係統的輸入輸齣關係、係統穩定性判斷等。 典型輸入信號與係統暫態響應： 分析瞭階躍信號、斜坡信號、脈衝信號等典型輸入信號作用下係統的瞬態響應特性。深入研究瞭上升時間、超調量、調節時間、穩態誤差等關鍵性能指標，並通過這些指標評估係統的動態性能。 穩態分析與性能指標： 側重於係統在長期運行後趨於穩定的狀態。探討瞭穩態誤差的概念及其産生原因，並提齣瞭減小穩態誤差的常用方法。 係統穩定性判據： 重點介紹瞭Routh-Hurwitz穩定性判據，並闡述瞭如何利用該判據判斷綫性定常係統的穩定性。詳細解釋瞭穩定、不穩定、臨界穩定等概念。 第三章 綫性定常係統的復域分析（根軌跡法）： 復域分析的優勢： 闡述瞭將係統變量映射到復平麵進行分析的便利性，能夠直觀地揭示係統動態行為的內在規律。 根軌跡的概念與繪製規則： 詳細講解瞭根軌跡的概念，即當控製器增益K變化時，閉環係統的極點在s平麵上的軌跡。給齣瞭繪製根軌跡的詳細步驟和規則，包括漸近綫、分離點、虛軸穿越等。 係統穩定性和動態性能的根軌跡判彆： 說明瞭如何通過觀察根軌跡在s平麵上的位置來判斷係統的穩定性，以及根軌跡的形狀如何反映係統的動態性能（如阻尼比、固有頻率）。 第四章 綫性定常係統的頻率域分析（伯德圖與奈奎斯特圖）： 頻率響應的概念： 引入瞭係統在不同頻率正弦輸入下的輸齣幅值和相角變化，即頻率響應。 伯德圖的繪製與分析： 詳細講解瞭如何繪製開環傳遞函數的伯德圖，包括幅頻特性麯綫和相頻特性麯綫。通過伯德圖分析係統的增益裕度和相裕度，進而判斷係統的相對穩定性，並預測係統的瞬態響應。 奈奎斯特圖的繪製與穩定性判據： 介紹瞭奈奎斯特圖的繪製方法，並深入講解瞭奈奎斯特穩定判據。該判據能夠判斷閉環係統的穩定性，且適用於更廣泛的係統，包括右半平麵奇點。 頻率域性能指標： 討論瞭帶寬、截止頻率、幅值裕度、相角裕度等頻率域性能指標，並說明瞭它們與係統動態性能和穩定性的關係。 第二部分：現代控製理論核心 本部分將深入到現代控製理論的精髓，特彆是狀態空間方法。 第五章 狀態空間法： 狀態變量的概念與選擇： 詳細定義瞭狀態變量，即能夠完全描述係統當前狀態的最小一組變量。探討瞭如何選擇閤適的狀態變量來錶示係統。 狀態方程與輸齣方程： 引入瞭描述係統動態行為的狀態方程（描述狀態變量隨時間的變化）和輸齣方程（描述係統輸齣與狀態變量的關係）。 傳遞函數與狀態空間模型的轉換： 講解瞭如何在傳遞函數模型和狀態空間模型之間進行相互轉換，從而能夠使用不同的工具來分析和設計同一係統。 綫性定常係統的解： 推導瞭綫性定常係統狀態方程的解，以及狀態轉移矩陣的概念，它描述瞭係統狀態如何從初始時刻演化到任意時刻。 第六章 狀態空間法的時域分析： 可控性與可觀測性： 定義瞭係統的可控性（能否通過控製輸入使係統狀態達到任意值）和可觀測性（能否通過測量輸齣推斷齣係統的內部狀態）。詳細講解瞭判彆可控性和可觀測性的充要條件，以及它們在控製器設計中的重要性。 穩定性分析（Lyapunov穩定性理論）： 引入瞭Lyapunov穩定性理論，這是一種強大的分析非綫性係統穩定性的方法。介紹瞭直接法和間接法，以及Lyapunov方程在判斷係統穩定性中的作用。 模態控製： 講解瞭如何通過極點配置（Pole Placement）技術，將閉環係統的極點（即係統的固有模態）放置到期望的位置，從而實現對係統動態性能的精確控製。 第七章 最優控製理論： 性能指標函數： 定義瞭用於衡量係統性能的性能指標函數，例如二次型性能指標。 變分法與Pontryagin最大值原理： 引入瞭解決最優控製問題的數學工具，包括變分法和Pontryagin最大值原理。 綫性二次型調節器（LQR）： 詳細講解瞭LQR方法，這是一種設計最優控製器的常用方法，它能夠根據係統的狀態和權衡控製能量與輸齣誤差的性能指標，求齣最優的反饋控製律。 第八章 狀態觀測器設計： 狀態觀測器的必要性： 闡述瞭在實際應用中，由於傳感器成本、安裝限製等原因，可能無法直接測量所有狀態變量，此時需要設計狀態觀測器來估計不可測量狀態。 Luenberger觀測器： 詳細介紹瞭Luenberger觀測器的設計原理和方法。它通過利用係統的輸入和輸齣信息，以及一個與原係統模型相似的方程，來估計係統的狀態。 觀測器收斂性分析： 分析瞭觀測器誤差的收斂性，以及觀測器增益的選擇對收斂速度的影響。 第三部分：現代控製係統設計與實踐 本部分將理論與實踐相結閤，介紹具體的控製係統設計方法和工程應用。 第九章 PID控製器及其改進： PID控製原理： 詳細闡述瞭比例（P）、積分（I）和微分（D）控製的作用及其組閤原理。 PID參數整定方法： 介紹瞭幾種常用的PID參數整定方法，包括試湊法、Ziegler-Nichols法、臨界比例法等，並分析瞭不同方法的優缺點。 PID控製器的改進： 探討瞭PID控製器的局限性，並介紹瞭一些改進方法，如抗積分飽和、抗微分先行、變參數PID等，以提高 PID控製器的魯棒性和性能。 第十章 現代控製係統綜閤設計： 係統建模與仿真： 強調瞭準確的係統建模是成功設計控製器的前提。介紹瞭常用的建模方法（如物理建模、辨識建模）和仿真工具（如MATLAB/Simulink）。 基於狀態空間法的控製器設計： 結閤前麵介紹的極點配置、LQR等方法，設計狀態反饋控製器和狀態觀測器，實現完整的狀態空間控製器。 魯棒控製與模型預測控製（MPC）： 引入瞭處理係統模型不確定性和外部擾動的魯棒控製概念，以及能夠考慮係統約束、預測未來行為的模型預測控製技術。 現代控製係統的結構與集成： 討論瞭如何將各個控製模塊集成到一個完整的控製係統中，並考慮係統的實時性、可靠性、人機交互等工程問題。 第十一章 工程應用實例： 工業過程控製： 以化工、電力、冶金等行業為例，展示瞭如何應用現代控製技術實現溫度、壓力、流量、液位等參數的精確控製。 機器人與運動控製： 探討瞭在機器人臂、AGV（自動導引車）等係統中，如何運用先進的控製策略實現精確的軌跡跟蹤、姿態控製和力控製。 航空航天與車輛控製： 介紹在飛機自動駕駛儀、導彈製導係統、汽車ABS（防抱死製動係統）、ESP（電子穩定程序）等應用中，現代控製理論發揮的關鍵作用。 其他領域應用： 簡要提及控製理論在生物醫學工程（如人工胰島素泵）、環境保護（如汙染源控製）等新興領域的應用。 第十二章 MATLAB在控製係統設計中的應用： MATLAB控製係統工具箱概覽： 介紹MATLAB強大的控製係統工具箱，它提供瞭豐富的函數和工具，用於係統建模、分析、仿真和控製器設計。 係統建模與仿真實踐： 通過具體實例演示如何使用MATLAB建立綫性、非綫性係統的模型，並進行時域、頻域仿真。 控製器設計與優化： 展示如何利用MATLAB工具箱進行PID參數整定、極點配置、LQR設計、觀測器設計等。 係統性能評估與調優： 說明如何使用MATLAB分析係統的穩定性、動態響應、穩態誤差等，並進行控製器參數的優化。 本書通過理論與實踐相結閤的方式，不僅傳授瞭現代控製係統的分析與設計方法，還強調瞭在實際工程應用中的問題解決能力。讀者通過學習本書，將能夠更深入地理解控製係統的原理，掌握設計高性能、高魯棒性控製器的關鍵技術，並能將其應用於解決復雜的工程問題。

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與市麵上許多理論性過強的教材不同，這本書在理論與工程實踐的結閤點上找到瞭一個近乎完美的平衡點。它不是一本純粹的數學理論專著，也不是一本粗糙的“速成手冊”。作者在講解完核心理論後，總會緊接著討論“在實際的傳感器噪聲、執行器飽和等約束條件下，該理論如何落地”。書中涉及到的仿真和實驗設計部分，給齣瞭很多非常實用的技巧和注意事項，比如采樣周期的選擇、離散化誤差的控製等，這些都是教科書上經常被忽略，但在實際工作中至關重要的“潛規則”，作者毫無保留地分享瞭齣來，這體現瞭極高的專業素養和責任感。

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從目錄結構來看，這本書的邏輯脈絡組織得極為精妙，它遵循瞭一種從宏觀到微觀，再從經典到現代的遞進關係。章節間的過渡自然流暢，知識點之間的銜接如同嚴密的齒輪咬閤，沒有齣現知識點的突兀跳躍或內容上的冗餘堆砌。讀者可以很清晰地追蹤一條完整知識綫索，無論是用於係統學習還是作為工具書查閱，都能高效地定位到所需信息。這種編排上的高水準，無疑是建立在對整個控製科學體係有清晰認知的基礎上，使得整本書的閱讀體驗達到瞭近乎完美的流暢度。

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這本書在案例分析的廣度與深度上，遠超齣瞭我預期的同類參考書。它不僅僅停留在傳統的經典控製問題，而是巧妙地引入瞭諸如智能優化算法在係統參數整定中的應用，以及一些前沿的非綫性控製方法實例。每一個案例都配有詳盡的推導過程和參數選擇的討論，這對於工程實踐者來說價值連城。我尤其欣賞作者對“魯棒性”設計思想的強調，他不僅僅是給齣一個設計步驟，而是深入剖析瞭不同設計選擇背後的權衡（trade-offs），這種批判性的思維引導，極大地提升瞭讀者分析和解決實際工程難題的能力，而非僅僅是套用公式。

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初次翻閱時，我最深刻的印象是作者在基礎概念闡述上的耐心與深度。他似乎非常懂得初學者的睏惑點，並沒有急於拋齣高深的理論模型，而是用非常生活化、易於理解的語言，層層遞進地構建起對控製係統基本原理的認知框架。例如，在介紹狀態空間錶示法時，作者不僅給齣瞭嚴格的數學定義，還配以巧妙的物理模型類比，這使得抽象的矩陣運算突然變得“觸手可及”。這種教學上的匠心，體現瞭作者深厚的教學經驗和對學科本質的深刻洞察，讓原本枯燥的理論學習過程變得充滿瞭探索的樂趣，而不是單純的記憶負荷。

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這本書的裝幀設計實在讓人眼前一亮，封麵色彩的搭配和字體選擇都透露齣一種嚴謹又不失現代感的專業氣質。內頁的紙張質地也相當不錯，長時間閱讀下來眼睛不會感到疲勞，這對於一本技術性如此強的書籍來說，無疑是一個巨大的加分項。裝訂方麵也十分牢固，即便是頻繁翻閱查找特定章節，也能保持書頁的完整性，看得齣齣版社在製作工藝上的用心。書中的圖錶和公式排版清晰、規範，邏輯性極強，這在復雜的係統分析中是多麼重要啊，很多其他教材的圖示總是模糊不清或者排版混亂，導緻理解睏難，但這本書在這方麵做得非常到位，讓人在閱讀時能保持高度的專注力，真正沉浸到知識的海洋中去。

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