具体描述
本书介绍了反馈控制系统的建模、分析与设计。与其他同类书不同，本书基于指数响应来建立传递函数的概念，并从物理学、生物学、信息科学以及经济学等许多领域中选取反馈实例来进行阐述。
书中先从反馈系统设计与分析的状态空间工具入手，介绍解的稳定性、李雅普诺夫函数、可达性、状态反馈的可观测性以及观测器，接着建立并解释了频域工具，其中包括传递函数、奈奎斯特分析、PID控制、频域设计以及鲁棒性等。另外，书中每章还提供了大量习题。
作者简介
Karl Johan Åström IEEE会士，瑞典皇家科学院成员，瑞典皇家工程科学院副院长，美国国家工程学院外籍院士。著名的控制理论专家，在控制理论、控制引擎、计算机控制和自适应控制方面作出了杰出的贡献。曾获得多项奖励，如1985年获ASME Rufus Oldenburger奖，1987年获IFAC Quazza 奖章，1990年获IEEE控制系统领域奖，1993年获IEEE的最高奖项：IEEE荣誉奖章。
Richard M. Murray 著名的控制理论专家，加利福尼亚技术学院控制与动力系统方面的教授。研究领域涉及网络系统的反馈和控制等，当前研究的项目包括新的控制系统架构、生物反馈系统和网络控制系统。除本书外，还与人合著了《机器人控制的数学入门》一书。
目录信息
1.1 什么是反馈 1
1.2 什么是控制 3
1.3 反馈实例 4
1.3.1 早期技术实例 4
1.3.2 发电与输电 5
1.3.3 航空与运输 6
1.3.4 材料及其处理 7
1.3.5 仪器 8
1.3.6 机器人学与智能机器 9
1.3.7 网络与计算系统 10
1.3.8 经济学 11
1.3.9 自然中的反馈 12
1.4 反馈特性 . 14
1.4.1 鲁棒性与不确定性 14
1.4.2 动态特性的设计 15
1.4.3 高级自动控制 16
1.4.4 反馈的缺点 17
1.4.5 前馈 17
1.4.6 正反馈 18
1.5 简单形式的反馈 18
1.5.1 通断控制 18
1.5.2 PID 控制 19
1.6 进阶阅读 20
习题 21
第 2 章 系统建模 22
2.1 建模的概念. 22
2.1.1 力学中的阐释 22
2.1.2 电气工程的阐释 24
2.1.3 控制的观点 25
2.1.4 多学科建模 26
2.2 状态空间模型 27
2.2.1 常微分方程组 27
2.2.2 差分方程 30
2.2.3 仿真与分析33
2.3 建模方法 35
2.3.1 方框图 36
2.3.2 实验建模 38
2.3.3 归一化与定标 39
2.3.4 模型的不确定性 40
2.4 建模实例 41
2.4.1 运动控制系统 41
2.4.2 信息系统 43
2.4.3 生物系统 47
2.5 进阶阅读 49
习题 49
第 3 章 实例 53
3.1 定速巡航控制 53
3.2 自行车动态特性模型 56
3.3 运算放大器电路 58
3.4 计算系统与网络 61
3.4.1 Web 服务器控制 61
3.4.2 拥塞控制 63
3.5 原子力显微镜 65
3.6 药物管理 68
3.6.1 房室模型 69
3.6.2 胰岛素{葡萄糖动态平衡 70
3.7 种群动态特性 72
3.7.1 后勤增长模型 72
3.7.2 捕食者{猎物模型 72
习题 73
第 4 章 动态行为 76
4.1 求解微分方程 76
4.2 定性分析 78
4.2.1 相图 79
4.2.2 平衡点和极限环 79
4.3 稳定性 81
4.3.1 定义 81
4.3.2 线性系统的稳定性 83
4.3.3 基于线性近似的稳定性分析 86
4.4 李雅普诺夫稳定性分析 88
4.4.1 李雅普诺夫函数 88
4.4.2 Krasovski-Lasalle 不变性 原理 94
4.5 参数化行为与非局部行为 95
4.5.1 吸引域 95
4.5.2 分岔 96
4.5.3 利用反馈进行非线性动态特性设计 98
4.6 进阶阅读 100
习题 100
第 5 章 线性系统 104
5.1 基本定义 104
5.1.1 线性特性 105
5.1.2 时不变性 107
5.2 矩阵指数 108
5.2.1 初始条件响应 108
5.2.2 约当标准型 111
5.2.3 特征值和模式 114
5.3 输入/输出响应 116
5.3.1 卷积方程 116
5.3.2 坐标不变性 118
5.3.3 稳态响应 120
5.3.4 采样 125
5.4 线性化 127
5.4.1 平衡点处的雅可比线性化 128
5.4.2 反馈线性化 130
5.5 进阶阅读 131
习题 131
第 6 章 状态反馈 134
6.1 可达性 134
6.1.1 可达性的定义 134
6.1.2 可达性的判定 135
6.1.3 可达标准型 138
6.2 基于状态反馈的稳定化 141
6.2.1 状态空间控制器的结构 141
6.2.2 可达标准型系统中的状态反馈 144
6.2.3 特征值配置 145
6.3 状态反馈的设计 147
6.3.1 二阶系统 147
6.3.2 高阶系统 151
6.3.3 线性二次调节器 153
6.4 积分作用 157
6.5 进阶阅读 159
习题 160
第 7 章 输出反馈 163
7.1 可测性 163
7.1.1 可测性的定义 163
7.1.2 可测性的检验 164
7.1.3 可测标准型 166
7.2 状态估算 167
7.2.1 观测器 167
7.2.2 观测器增益的计算 170
7.3 基于状态估计的控制 171
7.4 卡尔曼滤波器 174
7.5 一种通用控制器结构 177
7.5.1 前馈 177
7.5.2 线性系统的卡尔曼解构 180
7.5.3 计算机实现 181
7.6 进阶阅读 183
习题 183
第 8 章 传递函数 185
8.1 频域建模 185
8.2 传递函数的推导 186
8.2.1 指数信号的传输 186
8.2.2 坐标的改变 189
8.2.3 线性系统的传递函数 189
8.2.4 增益、极点和零点 192
8.3 方框图和传递函数 195
8.3.1 控制系统的传递函数 196
8.3.2 极点/零点抵消 199
8.3.3 代数环 200
8.4 伯德图 201
8.4.1 伯德图的绘制及解释 202
8.4.2 由实验获得传递函数 207
8.5 拉普拉斯变换 209
8.6 进阶阅读 210
习题 .211
第 9 章 频域分析法 215
9.1 环路传递函数 215
9.2 奈奎斯特判据 217
9.2.1 奈奎斯特图 217
9.2.2 条件稳定性 221
9.2.3 通用奈奎斯特判据 221
9.2.4 奈奎斯特稳定定理的推导 222
9.3 稳定裕度 223
9.4 伯德图关系和最小相位系统 227
9.5 增益和相位的广义概念 229
9.5.1 系统增益 229
9.5.2 小增益和无源性 230
9.5.3 描述函数 231
9.6 进阶阅读 232
习题 233
第 10 章 PID 控制 235
10.1 基本控制功能 235
10.2 用于复杂系统的简化控制器 239
10.3 PID 整定 242
10.3.1 Ziegler-Nichols 整定 242
10.3.2 延迟反馈 244
10.4 积分器饱和 245
10.5 实现 247
10.5.1 滤波微分 247
10.5.2 给定加权 247
10.5.3 基于运算放大器的实现 248
10.5.4 计算机实现 249
10.6 进阶阅读. 250
习题 251
第 11 章 频域设计 253
11.1 灵敏度函数 253
11.2 前馈设计 256
11.3 性能指标 258
11.3.1 对参考信号的响应 258
11.3.2 对负载干扰及测量噪声的响应 259
11.4 基于环路整形的反馈设计 261
11.4.1 设计考虑因素 261
11.4.2 超前和滞后补偿 262
11.5 基本限制因素 265
11.5.1 右半平面极点、零点以及时间延迟 265
11.5.2 波特积分公式 268
11.5.3 波特公式的推导 271
11.6 设计实例. 272
11.7 进阶阅读. 275
习题 275
第 12 章 鲁棒性能 278
12.1 建模的不确定性 278
12.1.1 未被建模的动态特性 279
12.1.2 两个系统的相似 || 维尼科姆度量 280
12.2 存在不确定性时的稳定性 282
12.2.1 应用奈奎斯特判据判断鲁棒稳定性 282
12.2.2 Youla 参数化 285
12.3 存在不确定性时的性能 287
12.3.1 干扰衰减 287
12.3.2 参考信号的跟踪 288
12.4 鲁棒性极点配置 290
12.4.1 慢稳过程零点 290
12.4.2 快稳过程极点 292
12.4.3 极点配置的设计准则 293
12.5 鲁棒性能设计 296
12.5.1 定量反馈理论 296
12.5.2 线性二阶控制 297
12.5.3 H1 控制 297
12.5.4 干扰加权 299
12.5.5 鲁棒设计的局限299
12.6 进阶阅读 300
习题 300
参考文献 302
· · · · · · (收起)
读后感
用户评价
这本书的开篇就如同一次深邃的工业革命洗礼，将我带入了那个曾经只存在于科幻电影中的自动化世界。当我翻开《自动控制》，首先映入眼帘的并非枯燥的公式或晦涩的定理，而是对现代社会无处不在的自动控制系统的生动描绘。从工厂车间里精密运转的机械臂，到我们日常生活中智能家居的便捷调节，再到航空航天领域里精准制导的导弹，作者以极其通俗易懂的语言，将这些看似遥不可及的技术呈现在我眼前。他没有直接抛出复杂的数学模型，而是从一个更宏观的视角，剖析了自动控制系统在提升效率、保障安全、实现智能化方面的巨大作用。我尤其被书中关于“反馈”概念的讲解所吸引，它不仅仅是物理学上的一个概念，更是一种哲学思想的体现，如同我们在生活中不断根据反馈调整自己的行为，自动控制系统也是如此，通过不断地“观察”和“调整”，来达到预设的目标。这本书让我重新审视了身边的一切，那些曾经被我视为理所当然的便利，背后竟然蕴含着如此精妙的设计和深厚的科学原理。它激发了我对技术的好奇心，让我开始思考，是什么让这些机器能够如此“聪明”地运行，又是什么力量驱动着它们不断进步，甚至超越人类的某些能力。阅读的过程，与其说是学习，不如说是一次心灵的震撼，让我对科技的力量有了更深刻的认识，也对未来的发展充满了期待。
《自动控制》带给我的，是一种对“秩序”与“效率”的全新理解。在许多人的印象中，自动控制可能只是冰冷的机器和复杂的代码，但这本书却让我看到了它背后所蕴含的人性化关怀。作者通过对工业生产线自动化、交通信号优化、甚至医疗器械精确控制等方面的描述，清晰地展示了自动控制系统如何极大地提升了生产效率，减少了人力成本，并且最重要的是，提高了工作的安全性，减少了人为失误带来的风险。我印象特别深刻的是书中关于“鲁棒性”的讨论，它强调的是系统在面对不确定因素时依然能够保持稳定和可靠的能力。这就像是我们在生活中遇到的各种突发状况，一个好的“自动控制”思维，就是能够预见可能出现的问题，并提前做好应对措施，确保即使在不利条件下，也能保持良好的运行状态。这本书让我意识到，自动控制不仅仅是技术层面的追求，更是一种对生命、对社会负责任的态度。它让我想到了那些在背后默默工作的工程师们，正是他们的智慧和努力，才有了我们今天如此便利和安全的生活。
初读《自动控制》，我最大的感受是其逻辑的严谨与思维的系统性。作者在构建整本书的脉络时，展现了极高的专业素养。他从最基础的“系统”概念入手，逐步深入到“模型”、“控制器”、“传感器”等关键组成部分，层层递进，环环相扣。我喜欢他处理问题的方式，总是先定义清楚“我们要解决什么问题”，然后“我们有哪些工具可以解决”，最后“如何有效地使用这些工具”。这种结构化的思维模式，不仅让复杂的概念变得易于理解，更重要的是，它培养了我解决实际问题的能力。书中关于“传递函数”和“频率响应”的章节，虽然是核心的技术内容，但作者通过大量的图示和类比，将这些抽象的数学工具变得直观而生动。我尝试将学到的知识运用到一些生活中的小场景，比如调整家里的音响系统，或者优化跑步的节奏，都能体会到其中“控制”的原理。这本书不仅仅是一本技术手册，它更像是一本思维的训练营，让我学会如何去分析一个问题，如何去寻找最优的解决方案，并且如何在实践中不断迭代和改进。这种能力，我认为是任何一个想要在现代社会有所成就的人都应该具备的。
这本书的价值，在于它不仅仅教授知识，更在于它塑造了一种思维方式。在阅读《自动控制》的过程中，我学到的不仅仅是关于系统、反馈、稳定性这些技术术语，更重要的是，我学会了如何像一个工程师一样去思考问题。作者在分析每一个控制系统时，都会先问“这个系统的目的是什么？”，然后“它有哪些输入和输出？”，再“如何设计一个控制器来达到目标？”，最后“如何验证这个控制器的性能？”。这种“问题-输入-输出-控制器-验证”的流程，已经深深地印在了我的脑海里，并开始运用到我生活和工作中的其他方面。即使是在处理人际关系或者管理项目时，我也会不自觉地去分析其中的“输入”（信息、指令）、“输出”（结果、反馈），以及如何通过有效的“控制”（沟通、协调）来达到预期的目标。这种跨领域的思维迁移，是我从这本书中获得的最宝贵的财富，它让我变得更加条理清晰，也更加富有成效。
《自动控制》这本书，就像是一次知识的“升级包”，它不仅刷新了我对自动化世界的认知，更重要的是，它为我打开了通往更广阔领域的大门。在阅读这本书之前，我可能只把自动控制看作是少数工程师的专业领域，但现在，我明白它已经渗透到了我们生活的方方面面，并且还在不断地向前发展。作者对“智能控制”和“机器学习”在自动控制中的应用的探讨，让我看到了未来的无限可能。它不仅仅是让机器“听话”，更是让机器能够“思考”和“学习”，并且能够自主地做出决策。这是一种颠覆性的变革，也让我对人类的未来充满了好奇和期待。这本书的价值，在于它不仅仅传递了知识，更重要的是，它激发了我的求知欲，让我渴望去探索更多未知，去理解更多复杂的世界。它让我明白，学习是一个持续的过程，而《自动控制》这本书，无疑是我学习道路上一个重要的里程碑。
这本书所展现出的，是一种跨越时间和空间的智慧结晶。在阅读《自动控制》的过程中，我仿佛能感受到从早期简单的机械联动，到如今复杂的人工智能控制的演变历程。作者巧妙地运用了大量的案例分析，将抽象的控制理论具象化。例如，在讲述PID控制器时，他没有一开始就列出冗长的数学表达式，而是通过一个简化的温控器例子，生动地解释了比例、积分和微分这三个核心要素是如何协同工作，从而实现精确的温度调节。这个过程就像是在品尝一道精心烹制的菜肴，每一味调料的添加都有其深意，共同构成了最终的美味。我特别欣赏作者对于系统稳定性的阐述，它不仅仅关乎系统的性能，更关乎着安全和可靠。在很多关键领域，比如飞机、核电站等，一个失控的系统可能会带来灾难性的后果。书中对各种稳定性判据的介绍，虽然涉及一些数学知识，但作者总能用形象的比喻来辅助理解，让我即使没有深厚的数学功底，也能大致把握其精髓。更让我惊叹的是，作者并没有止步于描述现有的技术，而是大胆地展望了未来自动控制系统的发展趋势，比如模糊控制、神经网络控制等，这些前沿技术听起来充满了未来感，也让我对接下来的学习充满了渴望。
我得说，《自动控制》的语言风格非常独特，它在保持专业性的同时，又充满了人文的温度。作者在讲解一些复杂的技术原理时，并没有使用枯燥的术语堆砌，而是善于运用生动的比喻和贴切的类比。比如，在解释“系统辨识”时，他将它比作“侦探破案”，需要通过收集线索（测量数据）来还原真相（系统模型）。这种将抽象概念形象化的方法，极大地降低了学习的门槛，也让我对这些技术产生了浓厚的兴趣。而且，书中并没有回避技术的局限性，反而会坦诚地讨论在实际应用中可能遇到的各种挑战，比如测量误差、环境干扰等，并介绍相应的解决方法。这种严谨的态度，让我觉得这本书非常可靠，能够真正地帮助我理解和应用这些知识。它不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的老师，耐心地指导着我，让我能够一步步地掌握自动控制的奥秘。
我必须承认，《自动控制》这本书在某些章节的深度上，确实对我提出了不小的挑战，但正因如此，它才显得如此珍贵。作者在介绍“状态空间”方法时，并没有回避其数学上的复杂性，而是循序渐进地引导读者理解。我发现，一旦我克服了最初的畏难情绪，深入到这些内容中，便会豁然开朗。他对于“可控性”和“可观测性”的讲解，就像是为我打开了一扇新的大门，让我明白，并非所有的系统都能被我们轻易地驾驭和理解。理解这些概念，不仅有助于我们设计更优秀的控制系统，更重要的是，它教会我一种审慎的态度，认识到我们对许多复杂系统的理解仍然是有限的，需要保持谦逊和敬畏。书中对“非线性系统”的探讨，更是让我看到了自动控制领域的广阔与深邃。现实世界中的许多系统，往往是复杂的非线性系统，它们的行为难以用简单的线性模型来描述。作者并没有因此放弃，而是介绍了各种先进的非线性控制方法，这让我充分感受到了人类智慧的魅力，以及我们不断探索和突破边界的精神。
《自动控制》是一本让我重拾学习热情的书籍，它将那些曾经让我望而生畏的工程学科，变得触手可及，甚至充满趣味。我原本以为自己对理工科的理解仅限于皮毛，但这本书通过大量的实例，让我看到了理论与实践相结合的强大力量。例如，在讲解“根轨迹”法时，作者不仅仅是画出那些复杂的曲线，更重要的是解释了这些曲线是如何反映出系统的动态特性，以及我们如何通过改变参数来优化系统的性能。我尝试用学到的知识去分析家里的电器，比如空调的制冷过程，或者洗衣机的运行模式，都能发现其中自动控制的影子。这种将理论知识与生活经验相结合的学习方式，让我感到非常愉快和充实。这本书还让我对“工程伦理”有了更深的思考。在追求技术进步的同时，如何确保系统的安全性、可靠性和环境友好性，是每一个工程师都必须考虑的问题。作者在书中也适当地提及了这些方面，让我觉得这本书不仅是一本技术书籍，更是一本关于责任的书。
《自动控制》这本书，以其独特的视角，让我看到了科学背后的人文关怀。作者在描述那些庞大复杂的自动控制系统时，并没有将它们仅仅视为冰冷的技术产物，而是着重强调了它们如何服务于人类，如何提升我们的生活品质。从改善医疗设备的精确度，到优化交通系统的效率，再到保障航空安全，这些技术进步的最终目的，都是为了让我们的生活更加美好和安全。我尤其欣赏书中关于“自适应控制”的讲解，它让我明白，即使是面对不断变化的环境，系统也能够通过学习和调整来保持最佳状态。这是一种多么强大的能力，也多么符合我们人类不断进化的精神。它让我思考，我们是否也应该像这些自动控制系统一样，具备更强的适应能力，去面对生活中的种种变化和挑战。这本书不仅仅是一本技术指南，它更像是一本关于如何更好地与世界互动，如何利用智慧和技术创造更美好未来的启示录。
这本书真是太赞了！自控界的《扎马步秘籍》
稀缺资源
感觉还算可以吧。
这本书真是太赞了！自控界的《扎马步秘籍》
感觉还算可以吧。
