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工程式控制制基礎(第3版高等學校自動化類專業系列教材)

  • 作者:編者:楊明//翁正新//田作華|責編:曾珊
  • 出版社:清華大學
  • ISBN:9787302684640
  • 出版日期:2025/04/01
  • 裝幀:平裝
  • 頁數:308
人民幣:RMB 59 元      售價:
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內容大鋼
    本書的主要任務是講述自動控制系統的基本原理,幫助讀者掌握實際控制系統的分析和設計方法,增強科技報國的家國情懷和使命擔當。內容包括系統結構圖的繪製、數學模型的建立、性能分析與補償設計,主要包括系統在三域(時域、復域、頻域)中的數學模型,系統分析的三要素(穩定性、穩態特性和動態特性),基於根軌跡法和頻率法的系統校正設計方法,非線性系統及電腦控制系統的分析與設計,等等。
    本書基本概念清晰,工程實例豐富,配有知識點自測題和大量習題(包括一般題、深入題、實際題和MATLAB題),每章末尾還介紹了MATLAB的相關應用。
    本書可作為高等學校工科各專業,如電子信息類、機械工程類、電氣工程類、儀器儀錶類、工程物理類等專業本科生學習控制理論的教材,可作為「自動控制原理」MOOC課程的配套教材,也可供相關領域專業技術人員參考。

作者介紹
編者:楊明//翁正新//田作華|責編:曾珊
    楊明,上海交通大學特聘教授,博士生導師,全國寶鋼優秀教師,國家「萬人計劃」科技創新領軍人才。長期從事無人車和智能機器人等領域的教學與研究工作,現任上海交通大學智能網聯電動汽車創新中心主任、中國自動化學會教育工作委員會副主任和智能車工作委員會副主任、中國人工智慧學會理事和智能機器人專業委員會副主任。近年來在國內外學術刊物上發表論文300余篇,獲國家發明專利授權50余項,指導學生多次獲評IEEE Intelligent Vehicle Symposium、中國智能機器人大會等國內外頂級會議優秀論文。作為負責人,先後獲得上海市技術發明一等獎、上海市教學成果獎一等獎、教育部技術發明獎、霍英東教育教學獎等獎項。

目錄
第1章  緒論
  1.1  引言
  1.2  自動控制發展概況
  1.3  自動控制系統的基木原川和組成
    1.3.1  自動控制系統
    1.3.2  反饋原理與優化設計
    1.3.3  自動控制系統的組成
  1.4  自動控制系統的分類
    1.4.1  按信號的傳遞路徑來分
    1.4.2  按系統輸出信號的變化規律來分
    1.4.3  按系統傳輸信號的性質來分
    1.4.4  按系統的輸入輸出特性來分
  1.5  控制系統實例
    1.5.1  內燃機的轉速控制系統
    1.5.2  角度隨動系統
  1.6  本書概貌
  人民科學家——錢學森
  知識點自測
  習題
第2章  控制系統的數學模型
  2.1  控制系統的時域數學模型——微分方程
    2.1.1  系統的微分方程舉例
    2.1.2  非線性系統的線性化
  2.2  控制系統的復域數學模型——傳遞函數
    2.2.1  傳遞函數定義
    2.2.2  傳遞函數性質
  2.3  控制系統的頻域數學模型——頻率特性
  2.4  典型環節及其傳遞函數
    2.4.1  比例環節
    2.4.2  微分環節
    2.4.3  積分環節
    2.4.4  慣性環節(非周期環節)
    2.4.5  振蕩環節
    2.4.6  時間延遲環節(時滯環節)
  2.5  控制系統的方框圖
    2.5.1  系統方框圖
    2.5.2  方框圖的基本運演算法則
    2.5.3  系統常用的傳遞雨函數
    2.5.4  方框圖的簡化法則
  2.6  信號流圖
    2.6.1  幾個定義
    2.6.2  信號流圖的性質及運演算法則
    2.6.3  信號流圖與方框圖之間等效關係
    2.6.4  梅森公式
  2.7  物理元件和系統的數學模型
    2.7.1  機械系統
    2.7.2  電氣系統
    2.7.3  熱力系統
    2.7.4  液位系統
    2.7.5  典型位置隨動系統的數學模型

  2.8  MATLAB在系統數學模型轉換中的應用
    2.8.1  MATLAB中傳遞函數的分式多項式的表示
    2.8.2  傳遞函數的零極點表示
    2.8.3  用MATLAB計算系統的傳遞函數
    2.8.4  MATLAB中多項式與因式分解形式的互相轉換
  小結
  中國空間站簡介
  知識點自測
  習題
第3章  自動控制系統的時域分析
  3.1  典型測試信號
    3.1.1  階躍信號
    3.1.2  速度(斜坡)信號
    3.1.3  加速度(拋物線)信號
    3.1.4  脈衝信號
    3.1.5  正弦信號
  3.2  控制系統的穩定性分析
    3.2.1  穩定性的基本概念
    3.2.2  線性定常系統穩定的充分必要條件
    3.2.3  勞斯穩定性判據
    3.2.4  用MATLAB分析系統的穩定性
  3.3  控制系統的穩態特性——穩態誤差分析
    3.3.1  穩態誤差和控制系統類型
    3.3.2  穩態誤差係數和穩態誤差計算
    3.3.3  幾點結論
  3.4  控制系統的動態特性——動態響應分析
    3.4.1  控制系統動態響應指標
    3.4.2  一階系統的動態響應
    3.4.3  二階系統動態響應的描述參數
    3.4.4  二階系統的單位階躍響應
    3.4.5  二階系統的動態響應指標
    3.4.6  二階系統的參數優化
  3.5  高階系統的動態響應
    3.5.1  高階系統動態響應的特點
    3.5.2  主導極點和偶極子
  3.6  利用MATLAB分析系統性能
    3.6.1  step命令
    3.6.2  impulse命令
    3.6.3  Isim命令
  小結
  數學家——愛德華·約翰·勞斯
  知識點自測
  習題
第4章  根軌跡法
  4.1  閉環系統的根軌跡
    4.1.1  根軌跡的定義
    4.1.2  根軌跡的幅值條件和相角條件
  4.2  繪製根軌跡的基本規則
    4.2.1  繪製根軌跡的基本規則和步驟
    4.2.2  開環零、極點的變化對根軌跡的影響

  4.3  根軌跡在系統參數優化中的應用
    4.3.1  用根軌跡分析閉環主導極點
    4.3.2  用根軌跡優化系統的主導極點
  4.4  用MATLAB繪製根軌跡
  小結
  根軌跡法的創始人——沃爾特·理查德·伊文思
  知識點自測
  習題
第5章  線性系統的頻域分析——頻率響應法
  5.1  頻率特性
    5.1.1  線性定常系統對正弦輸入信號的響應
    5.1.2  系統的頻率特性
    5.1.3  頻率特性的性質
  5.2  頻率特性圖
    5.2.1  頻率特性的極坐標圖(奈氏圖)
    5.2.2  典型環節的奈氏圖
    5.2.3  對數頻率特性圖(伯德圖)
    5.2.4  基本因子的伯德圖
    5.2.5  控制系統的伯德圖
    5.2.6  最小相位系統和非最小相位系統
    5.2.7  對數幅相特性圖
    5.2.8  用MATLAB作頻率特性圖
  5.3  頻域中的穩定性判據
    5.3.1  引言
    5.3.2  幅角原理
    5.3.3  奈氏穩定性判據
    5.3.4  伯德圖的奈氏判據
  5.4  根據伯德圖求系統傳遞函數
  5.5  基於頻率特性的性能分析與優化設計
    5.5.1  開環頻率特性的性能指標
    5.5.2  穩定裕量
    5.5.3  開環頻域指標與時域性能指標的關係
    5.5.4  基於閉環頻率特性的系統性能分析
    5.5.5  從尼科爾斯圖求閉環系統的頻域指標
    5.5.6  用MATLAB分析系統的動態性能
  小結
  現代控制理論與電子通信先驅——亨德里克·韋德·伯德
  知識點自測
  習題
第6章  線性控制系統的設計
  6.1  引言
  6.2  不同域中系統動態性能指標的相互關係
  6.3  串聯校正
    6.3.1  相位超前校正
    6.3.2  相位滯后校正
    6.3.3  相位超前-滯后校正
    6.3.4  有源校正網路
    6.3.5  不希望極點的抵消
  6.4  局部反饋校正
    6.4.1  局部反饋校正的基本原理

    6.4.2  速度反饋
    6.4.3  速度微分反饋
  6.5  PID控制器
    6.5.1  比例-積分控制
    6.5.2  比例-微分控制
    6.5.3  比例-積分-微分控制
    6.5.4  PID的參數優化
    6.5.5  PID控制的實現
  6.6  前饋補償與複合控制
    6.6.1  按輸入補償的複合控制系統
    6.6.2  按擾動補償的複合控制系統
  小結
  數字通信時代的引路人——哈里·奈奎斯特
  知識點自測
  習題
第7章  非線性反饋控制系統
  7.1  非線性控制系統概述
    7.1.1  典型非線性特性
    7.1.2  非線性系統的特點
  7.2  描述函數法
    7.2.1  描述函數的基本概念
    7.2.2  典型非線性特性的描述函數
    7.2.3  組合非線性特性的描述函數
    7.2.4  非線性系統的描述函數分析
  7.3  相平面法
    7.3.1  相軌跡的基本概念
    7.3.2  奇點和極限環
    7.3.3  相軌跡的繪製
    7.3.4  非線性系統的相平面分析
  7.4  利用非線性特性優化系統的性能
  7.5  MATLAB在非線性控制系統中的應用
  小結
  控制論創始人——諾伯特·維納
  知識點自測
  習題
第8章  電腦控制系統
  8.1  概述
  8.2  電腦控制系統的硬體組成
  8.3  採樣與恢復
    8.3.1  採樣過程
    8.3.2  採樣定理
    8.3.3  信號恢復
  8.4  z變換
    8.4.1  z變換的定義
    8.4.2  z變換的基本性質
    8.4.3  z變換的求法
    8.4.4  z反變換的求法
  8.5  脈衝傳遞函數
    8.5.1  數字部分的脈衝傳遞函數
    8.5.2  連續部分的脈衝傳遞函數

    8.5.3  採樣器位置的重要性
    8.5.4  閉環脈衝傳遞函數
  8.6  離散控制系統的性能分析
    8.6.1  離散控制系統的穩定性分析
    8.6.2  離散控制系統的動態性能分析
    8.6.3  離散控制系統的穩態性能分析
  8.7  數字控制器的設計
    8.7.1  數字控制器的模擬化設計
    8.7.2  數字控制器的直接設計
  8.8  MATLAB在離散控制系統中的應用
  小結
  資訊理論之父——克勞德·艾爾伍德香農
  知識點自測
  習題
附錄1  常見系統的根軌跡
附錄2  拉氏變換及z變換表
附錄3  常用校正裝置
參考文獻

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