自動控製（第四版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 自動控製
• 控製理論
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本書內容文字簡要清晰，例題簡單，易於瞭解，適閤初學自動控製之讀者作為參考用書。本書還附有高考考題及部分曆屆研究所考題，讓有意升學之同學能更加瞭解考題趨勢。適閤大學、科大電機、機械科係「自動控製」課程或業界相關人士及有興趣之讀者使用。

本書特色

　　1.文字簡要清晰，適閤初學自動控製之讀者作為參考用書。
　　2.本書內容例題簡單，易於瞭解。
　　3.本書附有高考考題及部分曆屆研究所考題，讓有意升學之同學能更加瞭解考題趨勢。
　　4.本書適閤大學、科大電機、機械科係「自動控製」課程或業界相關人士及有興趣之讀者使用。

自動控製理論與係統分析：現代工程實踐的基石 圖書導覽：一本聚焦於係統動態行為與智能控製實現的深度解析 本書旨在為工程師、研究人員和高級工程專業學生提供一套嚴謹而實用的自動控製理論與係統分析框架。我們摒棄瞭對傳統控製概念的簡單羅列，轉而深入探討現代控製理論在復雜工程係統中的應用、魯棒性設計以及前沿的智能控製技術。全書結構精煉，邏輯清晰，力求在理論深度與工程實用性之間架起一座堅實的橋梁。 第一部分：係統建模與時域分析的深化 本部分的核心在於如何準確地將物理世界中的動態過程轉化為數學模型，並在此基礎上進行係統的性能評估。 第一章：廣義動態係統的建模範式 本章不再局限於經典的機電係統，而是引入瞭更具挑戰性的非綫性、分布參數和時滯係統的建模方法。重點討論瞭基於物理建模（First-Principles Modeling）的係統辨識，特彆是利用狀態空間法描述復雜多輸入多輸齣（MIMO）係統的內在結構。我們詳細闡述瞭混閤係統（Hybrid Systems）的建模需求，這些係統在航空航天、機器人抓取等領域至關重要，其切換行為對控製設計提齣瞭新的要求。引入瞭模型降階技術，旨在從高維度的復雜模型中提取齣最能代錶係統核心動態特性的低階模型，這對於實時控製器的設計具有不可替代的價值。 第二章：時域性能與暫態響應的精細化評估 超越基本的超調量和建立時間，本章深入探討瞭控製係統在非綫性約束下的時域錶現。我們引入瞭魯棒性指標，如$mathcal{H}_{infty}$範數在時域的解釋，以及基於能量函數的穩定性分析方法。對於綫性定常係統，著重分析瞭極點配置在有限時間內的實現，並討論瞭如何通過引入前饋控製結構來抵消已知的外部擾動對暫態性能的影響。此外，時間尺度分離（Singular Perturbation Theory）被用於分析具有快慢動態的係統，指導設計分層或多速率控製器。 第二部分：頻域分析的現代視角與魯棒控製設計 頻域工具是理解係統對不同頻率輸入敏感度的關鍵。本部分將傳統頻域分析工具（如Bode圖、Nyquist圖）與現代魯棒控製理論相結閤，以應對實際工程中不確定性的挑戰。 第三章：現代頻域分析與性能邊界 本章重審瞭頻率響應函數（FRF）的工程意義，將其與係統的可控性/可觀測性聯係起來。重點關注奇異值分解（SVD）在多輸入多輸齣係統頻率響應分析中的應用，用以識彆係統的輸入/輸齣耦閤程度以及不同通道的靈敏度差異。引入瞭限製性輸入/輸齣（RIO）的概念，用以在頻域上精確定義性能和穩定性邊界，這是設計高可靠性控製器的基礎。 第四章：$mathcal{H}_2$與$mathcal{H}_{infty}$控製理論精講 這是本書的理論核心之一。$mathcal{H}_2$最優控製（LQR/LQG）被視為在噪聲和性能約束下的基準設計方法。然而，本書更側重於$mathcal{H}_{infty}$控製，它直接處理瞭模型的不確定性（即結構化或非結構化攝動）。我們詳細推導瞭三角不等式求解方法和LMI（綫性矩陣不等式）在求解$mathcal{H}_{infty}$控製器中的應用，強調瞭如何將性能指標（如穩態誤差、帶寬）轉化為頻率加權函數，從而實現對控製帶寬和抗擾性能的精確摺衷。 第五章：反饋的結構化設計與迴路整形 超越標準的“全極點配置”，本章探討瞭迴路整形（Loop Shaping）技術，這是一種將頻域指標（如相位裕度和增益裕度）嵌入到前饋補償器設計中的實用方法。探討瞭$K$-iteration（$K$迭代）過程，用於在保證係統穩定裕度的前提下，優化特定頻率範圍內的性能。此外，還介紹瞭$mu$-分析和$mu$-綜閤，這是處理多模型不確定性（如參數波動和未建模動態）的強大工具。 第三部分：先進控製技術與係統實現 現代控製不再局限於綫性假設。本部分聚焦於如何利用非綫性動力學知識和先進的計算方法來解決更復雜的控製難題。 第六章：非綫性係統的穩定性與反饋綫性化 非綫性係統是自然界和工程係統的普遍形態。本章首先迴顧瞭李雅普諾夫穩定性理論的廣義應用，特彆是二次型李雅普諾夫函數的構造難度。核心內容是反饋綫性化（Feedback Linearization）技術，詳細介紹瞭微分幾何工具，如李導數、嚮量場和微分形式，來精確抵消係統中的非綫性項，將復雜的非綫性係統轉化為可由LQR等綫性技術處理的形式。同時也討論瞭局部穩定性和關性（Zero Dynamics）的穩定性分析。 第七章：模型預測控製（MPC）的工程實現 MPC因其能顯式處理輸入約束和狀態約束的能力，成為現代過程控製和機器人控製的首選。本章強調瞭MPC的實時優化性質。詳細闡述瞭滾動時域優化的原理，包括如何利用有界綫性化技術（如ESMPC）來處理非綫性係統的實時求解問題。討論瞭對偶原理在加速MPC求解中的應用，以及在係統發生大擾動時，如何通過軟約束/硬約束的切換策略來保證係統的安全運行。 第八章：智能控製與自適應機製的融閤 本章探討瞭當係統模型本身不確定或隨時間發生變化時的控製策略。重點介紹瞭基於神經網絡的自適應控製，特彆是基於反嚮傳播（BP）和遞歸最小二乘（RLS）的參數在綫估計方法，用於實時修正控製器增益。此外，對模糊邏輯控製（FLC）在處理經驗知識和處理高度非綫性係統時的優勢進行瞭深入分析，並將其與基於模型的控製（如LQR/MPC）相結閤，形成瞭混閤智能控製架構。 附錄：計算工具與仿真環境 本附錄提供瞭使用主流工程計算軟件進行係統仿真和控製器驗證的實用指導，包括狀態空間錶示的轉換、頻域分析的可視化，以及針對LMI求解器和MPC工具箱的腳本示例，確保讀者能夠無縫地將理論知識轉化為實際的工程解決方案。 全書以嚴謹的數學推導為基礎，穿插大量源自航空航天、電力電子和精密製造領域的真實案例分析，旨在培養讀者“設計驅動”的思維方式，使控製不再是簡單的“調參”，而是對係統動態行為的深刻理解和前瞻性設計。

第一章 概論
1-1 控製係統之發展與展望
1-2 控製係統之定義及組成
1-3 控製係統之分類
1-3.1 開迴路與閉迴路控製係統
1-3.2 綫性與非綫性控製係統
1-3.3 時變與非時變控製係統
1-3.4 連續時間控製係統與離散時間控製係統
1-4 控製係統之設計程序

第二章 數學基礎
引言
2-1 復變數的觀念
2-1.1 復變數與復變函數
2-1.2 解析函數、極點與零點
2-2 微分方程式
2-3 拉氏轉換
2-3.1 拉氏轉換的定義
2-3.2 基本函數之拉氏轉換
2-3.3 拉氏轉換的重要定理
2-3.4 以部份分式展開法求反拉氏轉換
2-3.5 以拉氏轉換解綫性常微分方程式
2-4 基本矩陣理論
2-4.1 矩陣的定義
2-4.2 矩陣的種類
2-4.3 矩陣之基本運算
2-4.4 凱立-漢米爾頓定理

第三章 控製係統的錶示法
引言
3-1 微分方程式與轉移函數
3-2 方塊圖
3-3 信號流程圖
3-4 梅森增益公式
3-5 狀態方程式
3-6 狀態圖
3-6.1 由狀態圖求動態方程式
3-6.2 由狀態圖求轉移函數
3-7 轉移函數的分解
3-7.1 直接分解法
3-7.2 串聯分解法
3-7.3 並聯分解法

第四章 物理係統之數學模式
引言
4-1 電網路元件的模式化
4-2 電網路係統的方程式
4-3 機械元件的模式化
4-3.1 移動式元件
4-3.2 轉動式元件
4-4 機械係統的方程式
4-5 電機係統的方程式
4-5.1 場控式直流馬達
4-5.2 樞控式直流馬達
4-5.3 雙相感應馬達
4-6 轉換器
4-6.1 電位計
4-6.2 同步器
4-6.3 轉速計
4-6.4 增量編碼器

第五章 狀態空間分析
引言
5-1 狀態空間描述
5-2 狀態轉移矩陣
5-3 轉移函數矩陣、特性方程式與特性根
5-4 狀態方程式之解-狀態轉移方程式
5-5 轉換至相位變數標準式
5-6 對角化與約旦標準式
5-7 綫性係統的可控製性
5-8 綫性係統的可觀測性

第六章 控製係統的時域分析
引言
6-1 控製係統的典型測試信號
6-2 迴授係統之穩態誤差
6-2.1 誤差常數法
6-2.2 誤差級數法
6-3 暫態響應性能規格
6-3.1 一階係統的暫態響應規格
6-3.2 二階係統的暫態響應規格
6-4 二階係統的步階響應
6-5 高階係統之主極點

第七章 控製係統之穩定度與靈敏度
引言
7-1 穩定度的定義
7-2 路斯-哈維次準則
7-3 相對穩定度分析
7-4 係統之靈敏度

第八章 根軌跡法
引言
8-1 根軌跡的基本觀念
8-2 根軌跡的作圖法則
8-3 根軌跡的作圖實例

第九章 控製係統的頻域分析
引言
9-1 綫性非時變係統之頻率響應
9-1.1 頻率響應之性能規格
9-1.2 標準二階係統之頻域特性
9-2 波德圖
9-2.1 基本函數之波德圖
9-2.2 波德圖之作圖步驟
9-2.3 係統型態與大小對數圖之關係
9-3 奈氏穩定度準則
9-3.1 幅角原理
9-3.2 奈氏路徑
9-3.3 奈氏準則和F(s)=G(s)H(s)之奈氏圖
9-3.4 相對穩定度分析

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哇！拿到《自動控製（第四版）》這本書，感覺就像挖到寶一樣！身為一個自動化科係的學生，自動控製絕對是門必修中的必修，更是我未來職涯的基石。市麵上的教科書很多，但第四版的《自動控製》真的有它的獨特魅力。首先，它的內容編排非常紮實，從最基礎的拉普拉斯變換、傳遞函數、係統分析，一直到更進階的狀態空間法、根軌跡、頻率響應，甚至是數字控製，每個章節都循序漸進，邏輯性超強。不會像有些書，一下子就跳到很復雜的概念，讓人摸不著頭緒。這本教材的優點在於，它會把每一個概念都拆解得很細，並且搭配大量圖示和例題，尤其是一些控製係統設計的實例，都非常貼近實際工業應用。我記得在學習PID控製器的設計時，書中給齣的幾種不同調參方法，並分析瞭各自的優缺點，這讓我能夠針對不同的應用場景，選擇最閤適的控製器參數，而不是死記硬背。而且，它還會講解很多經典控製器的設計思路，比如超前-滯後控製器，這對於理解控製係統的補償策略非常有幫助。我之前在做項目時，遇到一個伺服電機的位置控製問題，一開始用最簡單的P控製，效果很差，震蕩得很厲害，後來翻閱瞭這本書關於PID的章節，結閤它的理論講解和例題，我纔慢慢摸索齣整定PID參數的訣竅，最終把係統的穩定性、響應速度和穩態誤差都優化得相當不錯。這本書真的不隻是教你公式，更是培養你解決實際問題的能力。

评分☆☆☆☆☆

說實話，一開始拿到《自動控製（第四版）》，我有點擔心它會不會太過於理論化，畢竟很多控製理論聽起來都高深莫測。但實際翻閱之後，我完全被打消瞭這個疑慮。這本書在概念的講解上，非常注重物理意義的闡述，不會讓人覺得隻是在背誦抽象的數學公式。例如，在講解穩定性的時候，它不光是從勞斯判據或者奈奎斯特圖來分析，還會從能量的角度去解釋為什麼係統會不穩定，這種深入淺齣的講解方式，讓我對穩定性這個概念有瞭更深刻的理解。另外，書中的數學推導都寫得非常清晰，每一步的邏輯關係都交代得明明白白，這對於我這種數學基礎不是特彆紮實的學生來說，簡直是福音。很多時候，我看其他書，數學推導寫得跳躍性很大，搞得我雲裏霧裏，但這本教材就沒有這個問題，你會清楚地知道每個公式是怎麼得齣來的，以及它代錶的物理意義是什麼。而且，它還引入瞭根軌跡這個概念，並詳細講解瞭如何繪製根軌跡，以及根軌跡如何反映係統的動態性能，這讓我能直觀地看到係統參數變化對性能的影響。我曾經在設計一個飛行器的姿態控製係統時，就利用瞭根軌跡的方法，通過調整增益，找到瞭一個既能保證穩定又能快速響應的參數範圍。這本書的圖文並茂，包括大量的係統框圖、時域響應麯綫、頻域響應圖，都讓抽象的概念變得生動形象，極大地減輕瞭我的學習負擔。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，當我拿到《自動控製（第四版）》的時候，我最擔心的就是它的“落伍”。畢竟自動控製這個領域發展非常迅速，特彆是近些年來，隨著計算能力和傳感器技術的飛速發展，很多新的控製理論和方法層齣不窮。我怕這本書會過於偏重傳統的經典控製理論，而忽略瞭一些新的發展。但閱讀之後，我發現我的擔心是多餘的。這本書雖然以經典控製理論為基礎，但它並沒有停滯不前。在基礎理論講解紮實的同時，它還非常有前瞻性地引入瞭數字控製的相關內容，例如采樣、離散化、數字控製器設計等。這對我來說非常重要，因為現在很多實際的控製係統都是基於微處理器實現的，掌握數字控製的原理和方法，是理解和設計現代控製係統的關鍵。書中對數字控製係統的分析和設計方法都講解得相當到位，讓我能夠理解如何將連續時間係統轉化為離散時間係統，並且如何設計數字濾波器和數字控製器。我記得在學習數字PID控製器設計時，書中詳細介紹瞭不同離散化方法的優缺點，以及如何根據采樣時間來選擇閤適的離散化方法。這讓我能夠更好地理解和應用在實際項目中，特彆是在嵌入式係統開發中，對數字控製器的理解至關重要。

评分☆☆☆☆☆

這本《自動控製（第四版）》真的不是一本簡單的教科書，它更像是一位循循善誘的良師。在閱讀過程中，我發現它不僅僅是知識的傳遞，更是在引導我思考，培養我的工程思維。比如，在講解係統辨識這一章節時，它並沒有隻是羅列幾種辨識方法，而是詳細分析瞭每種方法的適用條件、優缺點，以及如何根據實際情況選擇閤適的方法。它還強調瞭辨識結果的評估和驗證的重要性，這讓我明白，在實際工程中，光是有理論是不夠的，還需要對結果進行反復的檢驗和優化。而且，書中的習題設計也非常精妙，有些習題是純理論計算，有些則是需要結閤實際應用場景去分析和設計。我特彆喜歡那些需要動腦筋去解決的綜閤性習題，它們能夠幫助我鞏固課堂上學到的知識，並且將不同章節的知識點融會貫通。我曾經花瞭很長時間去研究書中關於模型預測控製（MPC）的章節，雖然MPC是一個相對復雜的理論，但這本書的講解方式讓我能夠逐步理解其基本思想和工作原理。它通過簡單的例子，展示瞭MPC如何通過預測未來的係統行為並優化控製輸入來達到控製目標。這讓我對先進控製策略有瞭初步的認識，並激發瞭我進一步深入學習的興趣。總而言之，這本書不僅僅是為我提供瞭知識，更是為我打開瞭一扇通往自動控製更廣闊世界的大門。

评分☆☆☆☆☆

《自動控製（第四版）》這本書，給我最大的感受就是它的“實戰性”。雖然是理論教材，但它處處流露齣對工程實際的關注。它不僅僅滿足於讓你掌握基本的分析方法，更重要的是教你如何將這些方法應用到實際的控製係統設計中。比如，在講到控製器設計時，它會詳細介紹不同類型控製器的設計步驟和設計原則，並且會給齣一些比較完整的案例分析，讓你能夠跟著書中的思路，一步一步地完成一個控製器設計。我印象很深刻的是，書中關於狀態反饋控製器設計的章節，講解得非常透徹，它不僅介紹瞭狀態反饋的原理，還詳細講解瞭如何利用極點配置來實現期望的係統動態性能。這對我來說是顛覆性的，因為之前我一直以為控製器設計就是調整PID參數，而狀態反饋則打開瞭我全新的視角，讓我意識到可以通過改變係統的內部狀態來達到控製的目的。我之前在做一個機器人手臂的軌跡跟蹤控製時，就嘗試使用瞭狀態反饋，雖然實現起來比PID復雜一些，但最終的效果遠超預期，係統的跟蹤精度和魯棒性都得到瞭顯著提升。這本書的語言風格也比較接地氣，雖然是技術性的內容，但讀起來不會讓人感到枯燥乏味，很多地方都有作者的“用心良苦”，比如在解釋一些復雜概念時，會用一些生活中的類比，或者給齣一些“陷阱”提示，提醒我們注意容易齣錯的地方。