自动控制原理：双语教材（第2版）
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作者摆玉龙
出版社清华大学出版社
ISBN9787302495635
出版时间2018-05
装帧平装
开本16开
定价69元
货号25295298
上书时间2024-11-01
商品详情
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前言
第2版前言
“他山之石，可以攻玉”。 随着中国工程教育改革的发展，借鉴国外先进的工科教学理念，在教学方法、实践教学和实验素材等方面实施教学改革，是当前工程教育改革的趋势所在。双语教学示范课程建设是提升我国高等教育质量工程的重要举措之一。从某种意义上讲，实施双语教学，不仅仅是用外语授课、外语交流，更重要的是要借鉴西方发达国家优秀的原版教材, 采用国际上的优秀教学模式、教学思想和体系, 为学生提供一个国际化的教育大环境, 使学生有机会直接接受具有国际化先进水平的科学教育的影响。 《自动控制原理（双语教材）》自从2013年出版以来，受到读者的厚爱和关怀，作者对此表示衷心的感谢。版教材考虑到教学内容的难度、学生的英语水平等因素，主要采取中文论述为主，英文为辅的形式，编写了大量的自动控制相关英文阅读材料，同时有针对性地设计了英文MATLAB应用实验，以提高本书作为双语教材的实用性。在综合型双语教学中，教师可以采用母语讲授新内容和新概念，采用双语教学进行概念解析、拓展阅读和复结。同时，原汁原味的MATLAB应用实验不仅使得学生需要清楚地了解实验目的，更要耐心地阅读英文，完成实验。设计的实验内容包括MATLAB基础应用、控制系统时域分析、根轨迹法设计、控制系统频域分析等主要内容。 本书是在版的基础上加以修改和增订而成的。这次修订主要做了如下工作： ①增加了现代控制理论章节，以状态空间模型为基础的现代控制理论，是解决多输入多输出、非线性和时变系统的理论基础，更是控制理论、自适应控制、动态系统辨识以及智能控制等分支学科的基础，有必要在自动控制原理课程中作简要介绍； ②以附录的形式增加了控制理论术语中英文对照、自动控制理论中的概念解析等内容，有助于学生复习检索相关内容； ③修订了全书的习题和文字叙述中的不确切之处，旨在进一步增加本书的可读性。 本书第二版由摆玉龙教授统稿审定，潘强强编写了第8章，摆玉龙修订了全书内容。马真东、陈春梅、陈雪雷、王一朝、王娟、郭鹏飞、魏强、苏坤、段济开和常明恒等做了大量的打印和校对工作。 在编写中编者参考了很多优秀教材和著作。编者向本书中的相关编著者和收录于参考文献中的各位作者表示真诚的谢意。感谢国家自然科学基金项目（编号： 41461078）、兰州市科技计划项目（2015334）和西北师范大学研究生培养与课程改革项目对本书出版的资助。 由于作者水平有限，加之时间仓促，错误与不妥之处在所难免，恳请读者批评、指正。
编者2018年4月
导语摘要
本书采用中英双语相结合的方式，全面地阐述了自动控制系统的基本理论与方法。全书共分为8章，主要论述连续控制系统的分析和综合方法，包括各类控制系统数学模型的建立和模型间的等效变换； 利用经典控制理论中的时域分析法、根轨迹法和频域分析法分析控制系统性能； 应用PID控制和串联校正等对系统进行设计； 现代控制理论基础等。同时概述了计算机控制系统、过程控制系统和机电一体化系统。书中针对各章内容，适当增加了英文MATLAB应用实验设计，编著了大量英文阅读材料和概念解析，便于双语教学使用。本书可以作为高等院校“自动控制原理”课程的教材，适用于电气、自动化、电子、信息与通信、计算机、机械等专业，特别适用于有双语教学要求的相关课程，也可供从事控制工程的技术人员参考。
商品简介
本书采用中英双语相结合的方式，全面地阐述了自动控制系统的基本理论与方法。全书共分为8章，主要论述连续控制系统的分析和综合方法，包括各类控制系统数学模型的建立和模型间的等效变换； 利用经典控制理论中的时域分析法、根轨迹法和频域分析法分析控制系统性能； 应用PID控制和串联校正等对系统进行设计； 现代控制理论基础等。同时概述了计算机控制系统、过程控制系统和机电一体化系统。书中针对各章内容，适当增加了英文MATLAB应用实验设计，编著了大量英文阅读材料和概念解析，便于双语教学使用。 本书可以作为高等院校“自动控制原理”课程的教材，适用于电气、自动化、电子、信息与通信、计算机、机械等专业，特别适用于有双语教学要求的相关课程，也可供从事控制工程的技术人员参考。
目录目录
第1章自动控制系统概述
1.1引言
1.2自动控制系统的基本概念
1.3自动控制理论的发展
1.4自动控制系统的基本原理及组成
1.4.1开环控制
1.4.2闭环控制
1.4.3自动控制系统的基本组成
1.4.4自动控制系统的实例分析
1.5自动控制系统的分类
1.5.1恒值控制系统和随动控制系统
1.5.2连续系统和离散系统
1.5.3单输入单输出系统和多输入多输出系统
1.5.4线性系统和非线性系统
1.5.5定常系统和时变系统
1.5.6其他类型
1.6控制系统的基本要求
1.7控制系统的设计概述
1.8MATLAB在本章中的应用
本章小结
习题
第2章控制系统的数学模型
2.1引言
2.2控制系统的时域数学模型
2.2.1电气系统
2.2.2机械系统
2.3线性系统的传递函数
2.3.1传递函数的定义
2.3.2典型环节及其传递函数
2.3.3电气网络的运算阻抗与传递函数
2.4控制系统的结构图及其等效变换
2.4.1结构图的组成
2.4.2控制系统结构图的建立
2.4.3结构图的等效变换
2.4.4信号相加点和分支点的移动和互换
2.4.5结构图简化示例
2.5信号流图和梅逊公式
2.5.1信号流图
2.5.2梅逊公式
2.6闭环传递函数的定义
2.6.1闭环系统概述
2.6.2闭环系统的传递函数
2.7非线性系统模型概述
2.8MATLAB在本章中的应用
本章小结
习题
第3章线性系统的时域分析
3.1引言
3.2系统时间响应的性能指标
3.3一阶系统的时域分析
3.3.1一阶系统的数学模型和结构图
3.3.2一阶系统的单位阶跃响应
3.3.3一阶系统的单位脉冲响应
3.3.4一阶系统的单位斜坡响应
3.3.5一阶系统的单位加速度响应
3.4二阶系统的时域分析
3.4.1二阶系统的单位阶跃响应
3.4.2欠阻尼二阶系统的动态性能分析
3.5高阶系统时域分析法概述
3.6控制系统的稳定性分析
3.6.1稳定的基本概念和稳定的充分必要条件
3.6.2代数稳定判据
3.7控制系统稳态误差的分析及计算
3.7.1稳态误差的定义
3.7.2系统类型与稳态误差
3.7.3给定输入信号下的稳态误差计算
3.7.4扰动作用下的稳态误差计算
3.7.5减少稳态误差的方法
3.8MATLAB在本章中的应用
本章小结
习题
第4章根轨迹法
4.1引言
4.2根轨迹的基本概念
4.3根轨迹绘制的基本规则
4.4广义根轨迹
4.5系统性能的根轨迹法分析
4.5.1根轨迹分析法概述
4.5.2增加开环极点对控制系统的影响
4.5.3增加开环零点对控制系统的影响
4.5.4结论
4.6MATLAB在本章中的应用
本章小结
习题
第5章线性系统的频域分析法
5.1引言
5.2频率特性的基本概念
5.2.1频率特性的定义
5.2.2频率特性的表示方法
5.3典型环节的频率特性及特性曲线的绘制
5.4频域稳定判据及稳定裕量
5.4.1奈奎斯特稳定判据
5.4.2奈奎斯特稳定判据的应用
5.4.3对数稳定判据
5.4.4稳定裕量
5.5频率特性与控制系统性能的关系
5.5.1控制系统性能指标
5.5.2开环对数幅频特性与性能指标间的关系
5.6MATLAB在本章中的应用
本章小结
习题
第6章线性系统的校正方法
6.1引言
6.2系统校正的基本概念
6.2.1受控对象
6.2.2性能指标概述
6.2.3系统校正连接方式
6.2.4基本控制规律
6.3系统校正装置
6.3.1超前校正装置
6.3.2滞后校正装置
6.3.3滞后超前校正装置
6.3.4超前校正、滞后校正和滞后超前校正的比较
6.4反馈校正
6.4.1反馈校正的特点
6.4.2反馈校正系统的设计
6.4.3串联校正与反馈校正比较
6.5MATLAB在本章中的应用
本章小结
习题
第7章计算机控制系统概述
7.1引言
7.2计算机控制系统概述
7.3A/D转换采样过程与采样定理
7.3.1采样过程
7.3.2采样定理
7.3.3采样周期在工程应用中的选择方法
7.4采样信号的复现
7.5离散控制系统的数学模型
7.5.1脉冲传递函数的定义
7.5.2开环采样系统的脉冲传递函数
7.5.3闭环采样系统的脉冲传递函数
7.6采样控制系统的稳定性分析
7.7其他控制系统简介
7.7.1过程控制系统简介
7.7.2机电一体化系统简介
7.8MATLAB在本章中的应用
本章小结
习题
第8章现代控制理论基础
8.1线性系统的状态空间描述
8.1.1状态空间描述的基本概念
8.1.2线性定常连续系统状态空间表达式的建立
8.2线性定常系统状态方程的解
8.2.1线性定常齐次状态方程的解
8.2.2线性定常系统的状态转移矩阵
8.2.3非齐次状态方程的解
8.2.4线性离散系统的解
8.3线性定常系统的可控性和可观测性
8.3.1可控性和可观测性的定义
8.3.2线性定常连续系统的可控性判别
8.3.3线性定常系统可观测性判别
8.3.4可控性、可观测性与传递函数矩阵的关系
8.4线性定常系统的状态反馈和状态观测器
8.4.1线性定常系统常用反馈结构
8.4.2状态反馈与极点配置
8.4.3状态观测器
8.5MATLAB在本章中的应用
8.5.1Statespace equations
8.5.2Control design using pole placement
8.5.3Introducing the reference input
8.5.4Observer design
本章小结
习题
附录A拉普拉斯变换及反变换
附录Bz变换定义及对照表
附录C常用校正网络
附录DBode图的绘制规则
附录E常用MATLAB命令
附录F自动控制理论中的概念解析
附录G控制理论术语中英文对照
参考文献
内容摘要
本书采用中英双语相结合的方式，全面地阐述了自动控制系统的基本理论与方法。全书共分为8章，主要论述连续控制系统的分析和综合方法，包括各类控制系统数学模型的建立和模型间的等效变换； 利用经典控制理论中的时域分析法、根轨迹法和频域分析法分析控制系统性能； 应用PID控制和串联校正等对系统进行设计； 现代控制理论基础等。同时概述了计算机控制系统、过程控制系统和机电一体化系统。书中针对各章内容，适当增加了英文MATLAB应用实验设计，编著了大量英文阅读材料和概念解析，便于双语教学使用。
本书可以作为高等院校“自动控制原理”课程的教材，适用于电气、自动化、电子、信息与通信、计算机、机械等专业，特别适用于有双语教学要求的相关课程，也可供从事控制工程的技术人员参考。
主编推荐
《自动控制原理（双语教材）（第2版）》本书采用中英双语相结合的方式，全面地阐述了自动控制系统的基本理论与方法。书中针对各章内容，适当增加了英文MATLAB应用实验设计，编著了大量英文阅读材料和概念解析，便于双语教学使用。
精彩内容
第5章线性系统的频域分析法
5.1引言
在第3章的控制系统时域分析中，系统的输入信号一般是阶跃信号或者是斜坡信号。然而，在实际控制系统中的复杂信号可以表示成不同频率正弦信号的合成。控制系统的频率特性反映了正弦信号作用下系统响应的性能。应用频率特性研究线性系统的经典方法称为频域分析法(或频域特性法)。在经典控制理论中，它的地位等同于时域分析法和根轨迹法，具有如下特点。(1) 频率特性具有明确的物理意义，可以将系统参数、系统结构变化和系统性能指标统一进行研究。(2) 频率特性法的计算量较小，一般可采用近似的作图方法，简单、直观，易于在工程技术领域使用。(3) 可以采用实验的方法求出系统或元件的频率特性，这对于机理复杂或机理不明而难以列写微分方程的系统或元件，具有重要的实用价值。此外，频域分析法还可以用来设计某些抑制某些频段带有严重噪声的系统。因此，频域分析法是一种为广大工程技术人员所熟悉并广泛应用的有效方法。Reading MaterialIn previous chapters, we examined the use of test signals such as a step and a ramp signal. In this chapter we consider the steady state response of a linear dynamic system to a sinusoidal input test signal. An important advantage of the frequency response method is the ready availability of sinusoidal test signals for various ranges of frequencies and amplitudes. Thus the experimental determination of the frequency response of a system is easily accomplished and is the most reliable and uncomplicated method for the experimental analysis of a system. Useful performance measures based on the frequency response are the system bandwidth and the attenuation characteristics at high frequencies. These measures permit the designer to control the response of a system to undesired noise and disturbances.The steady state response of a stable linear dynamic system to a sinusoidal input signals is an output sinusoidal signal at the same frequency as the input sinusoidal signal. However, the magnitude and phase of the output sinusoidal signal in general differ from those of the input sinusoidal signal, and these differences are functions of the input frequency. We will explore these functional relationships in the following activity.We will also consider different ways of presenting the frequency response data and identify some of the very useful frequency domain performance measures.本章的主要内容： □频率特性的基本概念□典型环节的频率特性及特性曲线的绘制□频域稳定判据及稳定裕量□频率特性与控制系统性能的关系□MATLAB在本章中的应用
5.2频率特性的基本概念
5.2.1频率特性的定义
一般来讲，在正弦输入信号的作用下，系统输出的稳态分量称为频率响应。而系统的稳态输出随频率变化(ω由0变到∞)的特性，称为该系统的频率特性。
图521RC电路图
如前所述，频率特性的研究需要将输入信号由第3章中的阶跃信号转换为正弦信号。考虑如图521所示的RC电路，设RC电路的初始条件为零，其传递函数为G(s)，输入信号r(t)=Asinωt，则有
G(s)=C(s)R(s)=1Ts 1(521)
式中，T=RC为时间常数。
根据正弦信号的拉普拉斯变换有
R(s)=Aωs2 ω2=Aω(s jω)(s-jω)(522)
所以可得到输出
C(s)=G(s)R(s)=1Ts 1·Aω(s jω)(s-jω)(523)
对式(523)进行拉普拉斯反变换，可得
c(t)=AωT1 ω2T2e-tT A1 ω2T2sin(ωt-arctanωT)(524)
由式(524)可见，式中项是输出的瞬态分量。当时间t→∞时，瞬态分量趋于零，所以上述电路的稳态响应可以表示为
c(t)=A1 ω2T2sin(ωt-arctanωT)
=A|11 jωT|sin(ωt-arctanωT)(525)
以上分析表明，当电路的输入为正弦信号时，其输出的稳态响应(频率响应)也是一个正弦信号，其频率和输入信号的频率相同，但幅值和相位发生了变化，其变化取决于频率ω：
ejωt=cosωt jsinωt
在式(525)中，若利用数学中的欧拉公式，把输出的稳态响应和输入的正弦信号用复数表示，并求出它们的复数比，可以得
G(jω)=C′R′=11 jωT(526)
由式(526)可见，这个复数比不仅与电路参数T有关，还与输入电压的频率ω有关，因此称为系统的频率特性。频率特性G(jω)仍是一个复数，它可以写成
G(jω)=|G(jω)|ejφ(ω)=L(ω)ejφ(ω)(527)
其中
L(ω)=|G(jω)|=11 ω2T2φ(ω)=argG(jω)=-arctanωT(528)
(529)
式中，L(ω)=|G(jω)|称为系统幅频特性，表示频率特性的幅值与频率的关系，是输出与输入信
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