自动控制原理第2版王雪松常俊林杨春雨_王雪松常俊林杨春雨_9787111747468

本书是为适应人才培养的新需求,为自动化、电气工程及其自动化,以及其他相关专业本科生编写的教材。本书以加强基础、突出解决工程问题的思维方法,同时又以避繁就简、深入浅出为原则,系统地介绍了自动控制的基本原理、典型方法及应用实例。本书主要内容包括控制系统在时间域、复数域和频率域的数学模型,线性系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法,线性系统的经典校正方法以及非线性系统的描述函数与相平面分析方法。本书部分章节有机地融合了MATLAB的应用,便于读者利用MATLAB软件对控制系统进行计算和仿真分析,以加深对概念和方法的理解。
本书可作为高等院校自动化类、电气类与能源类等相关专业的教材,也可供相关工程技术人员参考和作为报考自动化类专业研究生的复习资料。
本书配有电子课件和习题答案,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。

“自动控制原理”是控制科学与工程学科的基础理论,自动控制的基本思想是使机器或设备具有类似人的功能与智能, 即不需要人类的干预就能自动完成指定的任务, 机器人就是最典型的实例之一。当今迅猛发展的人工智能技术将逐渐与传统产业深度融合,以自动控制为核心的自动化技术是人工智能与传统产业之间的桥梁。新技术的发展也将给自动控制原理这门传统课程带来新的挑战和机遇。
“自动控制原理”是自动化类、电气类专业的重要课程之一,它面向控制对象,注重理论和实践相结合,主要研究自动控制系统中的基本理论及分析和设计方法。该课程涉及知识面广,且内容抽象、理论性强,具有一定的学习难度和教学难度。“自动控制原理”课程以负反馈控制为主要内容,“利用误差消除误差”的核心思想,通过建立数学模型将定性的物理系统转化为定量的数学分析的思维及方法,具有普遍的科学意义。
近年来,中国矿业大学控制理论课程组结合多年的教学经验和科研实践对课程改革做出了诸多努力。在2016版培养方案中,将原现代控制理论课程中的“非线性控制系统分析”部分移至自动控制原理(经典控制)课程中。现代控制理论由原来的48学时(含8学时实验)减为32学时(含4学时实验),自动控制原理在增加内容的情况下保持64学时(含8学时实验)不变。在2020版培养方案中,进一步加大了改革的力度。自动控制原理课程调整为48学时,另外增加12学时的线上自学环节;将自动控制原理、计算机控制技术的实验与课程设计整合,单独开设24学时的控制系统综合设计与实验课程;形成线上线下相结合、理论与实践相融合的混合式教学模式。为适应课程建设的新需求,作者重新编写了自动控制原理教材,内容深入浅出,突出工程实践背景,有机地融合了MATLAB软件的使用。本书立足经典控制的基础理论和概念,注重知识的完整性和系统性,对易混淆的知识点做了强化讲解,细化了例题的解题步骤,使其更适合读者自学,利于混合式教学的开展。本书不仅适用于自动化类、电气类专业本科课程,还可用于机械、能源、化工等专业相关课程的教学,学时数根据专业特点可以在32~64学时之间进行适当调整。
本书以“三纵三横”为主线,“三纵”指时间域、复数域和频率域中的模型与分析方法,“三横”指控制系统三个方面的性能:稳定性、动态性能和稳态性能。第1章重点讲述了反馈控制的工作原理,控制系统的分类和基本要求,并简要介绍了自动控制的发展历程;第2章给出了线性系统的时间域和复数域数学模型,其中,第2.1节拉普拉斯变换及其应用可以根据情况选学或自学,第2.5节仅给出了信号流图的一般概念,略去了具体的绘制方法,重点在于掌握梅森增益公式的使用;第3章在时间域里对线性系统进行性能分析,动态性能指标的计算重点针对欠阻尼典型二阶系统,稳定性判断介绍了最常用的劳斯判据,在稳态性能分析里讨论了误差的实际物理意义,强调了在计算稳态性能之前要先判断系统的稳定性;第4章在复数域里利用根轨迹图对线性系统进行分析与设计,根轨迹这部分内容近年来在学界存在着比较大的分歧,本书弱化了根轨迹图的手工绘制方法,重点在于借助根轨迹的分布理解开环零点、开环极点对系统性能的影响,其中,第4.5节借助MATLAB绘制的根轨迹图,分析了PID控制器参数的确定方法;第5章给出了线性系统的频率域数学模型,并利用奈奎斯特(Nyquist)图和伯德(Bode)图在频率域里对系统进行性能分析,奈奎斯特图主要用来判断系统的稳定性,在频率域里通常利用伯德图对系统进行设计,其中,第5.7节结合伯德图分析了频域性能指标与时域性能指标之间的关系;第6章重点介绍了基于伯德图的线性系统串联校正方法;第7章简要介绍了常见的非线性特性和最基本的非线性控制系统分析方法,死区、饱和、摩擦等非线性特性在实际控制系统中普遍存在,特殊情况下还可以人为增加非线性环节来改善系统的性能,因此学习非线性系统分析是非常必要的。
以学生的学习成效为目标,培养学生解决复杂工程问题的综合能力和创新思维是当前教学改革的主流趋势。课程内容要强调广度和深度,教学内容要体现前沿性和时代性。优秀的教材是课程建设中最重要的环节,作者结合本校学情做出了非常有意义的改革探索。教无止境,相信作者会在教学改革的道路上继续深入下去,取得更加丰硕的成果。
教授哈尔滨工业大学
“自动控制原理”是国内外各高校自动化、电气工程及其自动化专业重要的专业基础课程之一。随着第四次工业革命的兴起,传统制造工业正在升级改造向智能制造迈进,越来越多的知识型工作通过融入人工智能的自动化系统来完成。新技术的发展给这门传统的课程带来了新的挑战和发展机遇,自动控制理论和技术需要与计算机科学、人工智能、机器人工程等相集成与融合。
通过对知识体系的梳理,汲取国内外同类教材的优点,结合教学中遇到的突出问题编写了本书。本书以加强基础、突出解决工程问题的思维方法,同时又以避繁就简、深入浅出为原则,系统地介绍了经典控制理论中的基本原理、数学建模、系统分析和设计方法。通过温度控制、液位控制、直流电动机调速、机器人控制等工程实例将抽象的理论知识形象化,突出教材的实用性。本书内容力求与工程认证和新制定的专业标准相对应,注重对工程素养、创新思维和创新能力的培养。从自动控制理论与技术的发展中提炼课程思政元素,将科学家精神、科学方法论等有机融入教学内容。
全书共7章。第1章介绍自动控制系统的基本概念、分类以及控制理论的发展过程;第2章从实际物理系统入手,阐述控制系统的微分方程、传递函数、框图及信号流图等不同形式数学模型的构建方法;第3章在时间域里分析线性系统的动态性能、稳态性能和稳定性;第4章在复数域里利用根轨迹图分析线性系统的性能,并进行PID控制器设计;第5章在频率域里利用伯德(Bode)图、奈奎斯特(Nyquist)图对线性系统进行性能分析;第6章主要介绍基于伯德图的线性系统串联校正方法;第7章讨论了控制系统中的典型非线性特性,基于描述函数法和相平面法对非线性控制系统进行分析。为使读者深入理解图解法分析和设计控制系统的原理,书中将手工绘图与计算机辅助设计软件MATLAB绘图进行了有机结合。
本书由王雪松教授、常俊林副教授、杨春雨教授编著,常俊林副教授负责第1~4章,王雪松教授负责第5、6章,杨春雨教授负责第7章。常俊林副教授承担了全书的统稿工作。郭西进教授、贾存良教授、程玉虎教授、陈颖副教授审阅了全书,并提出了宝贵意见。本书在编写过程中得到了中国矿业大学马小平教授、李明教授、巩敦卫教授、孙晓燕教授、缪燕子教授,哈尔滨工业大学马广富教授、李传江教授,北京航空航天大学胡庆雷教授,澳大利亚西澳大学Tyrone Fernando教授,机械工业出版社吉玲编辑的大力支持与帮助,在此表示衷心的感谢。
为方便教学,本书配套的电子教案可免费提供给采用本书作为教材的相关院校使用,如有需要,请发电子邮件至junlinchang@cumt.edu.cn。
由于编者水平有限,书中难免存在不足之处,恳请读者提出宝贵意见,以便进一步修订和完善。
编者

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