工程控制原理 （经典部分）
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江西南昌
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作者章云
出版社机械工业出版社
ISBN9787111608158
出版时间2022-07
装帧平装
开本16开
定价79元
货号29439122
上书时间2024-11-02
商品详情
- 品相描述：全新
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前言
自动控制技术已广泛应用于装备制造、石油化工、交通运输、日用家电等众多行业，成为推动工业文明不断升级的基础支撑技术。控制论的思想也渗透到了众多学科领域，包括人文社科领域。因此，对控制系统原理与工程设计方法的掌握成为电气工程、自动化等专业以及其他相关专业人才的基本素养。
自从维纳的《控制论》、钱学森的《工程控制论》出版以来，开发了许多类似《自动控制原理》的教材，培养了无数的自动化专门人才，推动了自动控制技术的应用与发展。通过几十年的实践，“自动控制原理”成为电气工程、自动化等专业以及其他相关专业的经典必修课程。然而，随着自动控制技术不断发展以及新时代对人才素质需求的变化，近些年来师生们对“自动控制原理”课程教学中的一些困惑也趋明显。
困惑之一：“自动控制原理”似乎只是一门数学应用课？既然是“原理”，讲述的就是共性的一般方法；要描述共性的方法，一定需要用数学语言与工具。问题是把“原理”讲成“数学”，还是用“数学”来讲“原理”？
困惑之二：“自动控制原理”与后续的“自动控制系统”“过程控制系统”“计算机控制系统”课程是何关系？既然“原理”是共性的，在“自动控制原理”课程中呈现的描述、分析与设计的方法与后续课程如何关联？若后续课程不回应“自动控制原理”课程的共性方法，“自动控制原理”课程的生命力何在？若后续课程只是“自动控制原理”课程的实例应用，它们的存在性何在？
困惑之三：新的控制理论与控制技术层出不穷，而《自动控制原理》是经典的控制内容，二者是否冲突？任何一个学科的知识体系，其基础理论与前沿发展总是要被审视与协调的两个方面，在知识爆炸年代更需要及时与慎重对待。若只是不断把新知识堆砌进来，那将是没完没了的；若只是将旧知识简单裁掉，学生素质发展的根基可能不牢。
鉴于这些困惑，结合近些年的教学科研实践，作者深深感觉到“自动控制原理”源于工程也应回归工程，首先要体现它的工程属性。为了强化工程属性，一般想到增加工程实例，这是一条路径；若不将个案的工程实例与一般性的工程原理融为一体，只能起到对某些知识点的解读，工程思维方式难以建立起来，这门课的原理属性也会打折扣。从这个角度看，增加工程实例，不在于多也不在于追求工程的复杂性，而在于抽出（简化出）工程实例的主干，讲清一般原理及其在工程中的体现。工程分析方法是多样的，还要引导注重同一工程实例在不同方法下的异同比较。另外，原理属性的课既要传承经典又要渗入前沿，在知识爆炸年代更是一件两难之事。原理属性的课应提供解决问题的一般思想与方法，且这些思想与方法仍然贯穿在目前多数实际工程中，否则欠缺工程指导的现实意义。虽然知识爆炸，但是原理属性课也不应包罗万象，应关注“问题来源——为何是这个问题”“方案做法——怎样解决这个问题”“分析评估——付出什么代价”等，形成一个有机的“知识链”而不是分散的“知识点”，从中渗透出一般性的思想与方法才能有效地植入到学生头脑之中。
鉴于上述思考，本书试图在以下几个方面进行一些调整，以适应新时代的要求：
一是强化工程意识的养成。作为专业基础课，激发学生的工程意识是应有之义。让学生牢记研究系统实际上是在研究系统中的变量，要明晰系统中有哪些变量及变量之间是什么关系，不可只盯住推导中的符号，而忘记符号背后的工程含义——量程、量纲、可否测量、可否操作等，在工程层面上熟悉被控对象是实施自动控制的基点。通过一本书达到工程意识的养成不现实，但希望起到点化的作用。
二是强化工程思维的训练。工程思维的一个基本特征是“综合性”，实际系统变化无穷，任何理论分析不可能面面俱到，需做合理简化，否则一事无成。因此，理论分析结果表面上有很大适用范围，实则会因理论分析源头的简化因素限制其范围，需要通过现代的计算机仿真手段弥补理论分析的不足。即使是理论分析，问题的解也是“多解”而不是“解”。同一个系统可以有多个模型来描述，同一个问题可以有多种解决方案，同一方案可以有不同的实现参数等。只在“点”上成立的工程方案一定是脆弱的，也不可能实施。工程思维还应具有“逻辑性”，知晓问题来源，明晰方案要点，评估性价之比，以启迪学生建立全面系统、无因不果、有得有失的工程逻辑观。
三是催生解决复杂工程问题的能力。重视工程属性，易陷进经验依赖，忽视理论指导。解决复杂工程问题，首先能用数学工具将工程问题抽象为科学问题；然后用数学工具以及专业领域知识分析科学问题，形成多个工程解决方案；后将多个工程方案返回工程实际，多方评估形成可实施方案。至此完成一轮描述、分析、设计、评估、实施的研发过程，根据实施效果，可能还需要多次迭代上述研发过程。因此，熟练使用数学工具，以普适理论指导工程实践，是解决复杂工程问题能力的重要基础。
鉴于此，以《工程控制原理》为名，分为经典、现代等部分，本书只涉及经典部分。尽管有所思有所行，仍恐管窥之见。希冀本书能作为电气、自动化等专业的教材，以及其他相关专业学生与工程师们的参考书，读者能感受到一些新的启发，则足哉，幸哉。错漏之处，敬请广大读者指正。
在本书成稿过程中，东南大学戴先中教授、南京理工大学吴晓蓓教授、中国地质大学（武汉）陈鑫教授、广东工业大学蔡述庭教授给予了真知灼见，虽努力斧正，仍感未完全达其要领，在此向他们致以诚挚谢意。本书所有仿真图与其他插图由博士生陈子韬和袁君提供，对他们的付出表示衷心感谢。
作者
导语摘要
本书较全面地介绍了工程控制系统一般性原理与方法，旨在强化“建模、分析、设计、实现”这一完整的工程逻辑链的训练，提升解决复杂工程问题的能力。本书分为6章：第1章为引论，以日常实例与简明推导阐述反馈调节原理，引出新颖的控制思维方式；第2章为数学模型，阐述微分方程建模的基本原理，给出数学建模的一般步骤；第3章为时域分析法，重点解决“不求响应，只根据模型参数分析系统性能”这一科学问题；第4章为频域分析法，实现用开环稳态信息分析闭环瞬态性能；第5章为控制器设计，深化工程限制因素的影响；第6章为控制系统的主要实现形式——计算机控制与离散系统。
本书每章均有配套的习题，习题的内容注重知识点的消化，通过引入更多工程化内容，引导学生将理论与工程结合，切实理解原理知识。
本书可作为普通高等院校电气工程、自动化等专业以及其他相关专业的教材，也可作为从事自动控制的各专业工程技术人员的参考书。
本书配有以下教学资源：授课课件、讲课视频、教学大纲、自测题和答案等，欢迎选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com注册下载，或发邮件至jinacmp@163.com索取。
目录
前言
第1章引论
1.1控制系统及其变量
1.1.1被控量与控制量
1.1.2变量选择实例
1.2控制问题的常规求解与局限
1.2.1问题描述与求解
1.2.2常规“逆函数”求解的
局限性
1.3反馈调节原理
1.3.1系统架构与工作原理
1.3.2反馈调节的优缺点
1.4控制理论与技术发展概况
1.4.1经典控制理论
1.4.2现代控制理论
本章小结
习题
第2章数学模型
2.1代数方程与静态模型
2.1.1系统与模型
2.1.2静态模型
2.2微分方程与动态模型
2.2.1动态模型
2.2.2建模实例
2.3传递函数与框图
2.3.1拉氏变换与传递函数
2.3.2框图与化简
2.3.3典型系统结构
本章小结
习题
第3章时域分析法
3.1系统响应与时域性能指标
3.1.1系统响应的通用解法
3.1.2时域性能指标
3.2系统基本性能
3.2.1极点与系统稳定性
3.2.2系统稳态误差
3.3系统扩展性能
3.3.1低阶系统的扩展性能
3.3.2高阶系统的扩展性能与降阶
等效分析
3.4开环零极点与闭环根轨迹
3.4.1根轨迹的绘制
3.4.2基于根轨迹的降阶等效与
性能分析
本章小结
习题
第4章频域分析法
4.1正弦响应与频率特性
4.1.1频率特性及其表示
4.1.2频域分析的优点
4.2开环系统的频率特性
4.2.1典型环节的频率特性
4.2.2开环频率特性曲线的绘制
4.3基于开环频率特性的系统
性能分析
4.3.1频域上的系统基本性能
4.3.2频域上的系统扩展性能
4.4闭环频域指标与分析
4.4.1闭环频域指标
4.4.2闭环频域特性分析
本章小结
习题
第5章控制器设计
5.1控制问题与比例控制器
5.1.1控制问题描述
5.1.2比例控制器的设计
5.2比例控制器的校正
5.2.1校正原理
5.2.2校正实例
5.3PID控制器
5.3.1PID控制原理
5.3.2PID参数设计
5.4前馈补偿器
5.4.1扰动前馈补偿器
5.4.2给定前馈补偿器
5.4.3史密斯预估补偿器
5.5双回路控制系统
5.5.1双回路控制系统的组成与
原理
5.5.2双回路控制的应用实例
5.6控制器设计的扩展问题
5.6.1考虑传感器的控制系统
设计
5.6.2考虑非线性环节的理论
分析
本章小结
习题
第6章计算机控制与离散系统
6.1离散信号基本理论
6.1.1信号采样与恢复
6.1.2z变换理论
6.2连续系统的计算机控制
6.2.1计算机控制实现原理
6.2.2经典计算机控制系统
6.3离散系统的分析与设计
6.3.1离散系统的数学模型
6.3.2离散系统的性能分析
6.3.3离散系统的设计
本章小结
习题
结束语
参考文献
内容摘要
本书较全面地介绍了工程控制系统一般性原理与方法，旨在强化“建模、分析、设计、实现”这一完整的工程逻辑链的训练，提升解决复杂工程问题的能力。本书分为6章：第1章为引论，以日常实例与简明推导阐述反馈调节原理，引出新颖的控制思维方式；第2章为数学模型，阐述微分方程建模的基本原理，给出数学建模的一般步骤；第3章为时域分析法，重点解决“不求响应，只根据模型参数分析系统性能”这一科学问题；第4章为频域分析法，实现用开环稳态信息分析闭环瞬态性能；第5章为控制器设计，深化工程限制因素的影响；第6章为控制系统的主要实现形式——计算机控制与离散系统。
本书每章均有配套的习题，习题的内容注重知识点的消化，通过引入更多工程化内容，引导学生将理论与工程结合，切实理解原理知识。
本书可作为普通高等院校电气工程、自动化等专业以及其他相关专业的教材，也可作为从事自动控制的各专业工程技术人员的参考书。
本书配有以下教学资源：授课课件、讲课视频、教学大纲、自测题和答案等，欢迎选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com注册下载，或发邮件至jinacmp@163.com索取。
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