自动控制原理学习辅导——知识精粹、习题详解、考研真题(孙优贤 ) 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

作为《自动控制原理》(孙优贤主编，书号978-7-122-11607-9)的配套学习辅导，本书紧紧围绕自动控制原理的知识点进行编写，内容与体例均方便读者自学。全书由9章正文与附录组成。正文的9章与配套教材完全一致，分别为：概述、连续时间控制系统的数学模型、线性系统的时域分析法、连续时间控制系统的稳定性与稳态误差、根轨迹分析法、频率特性分析法、线性离散时间控制系统分析与综合、线性定常系统的状态空间分析法、非线性系统分析。每章又由五个部分组成，即基本要求、知识点与重要公式、典型例题、习题(与配套教材中的习题相同)和自测题。本书在附录中给出了习题与自测题的参考答案，以及浙江大学控制科学与工程学院近年硕士研究生入学试题及参考答案。
本书可作为自动化类、电气信息类相关专业学生学习自动控制原理的辅导用书，对考研学生也是一本有益的参考用书。

作者简介

王慧，浙江大学控制系，教授， 从1991年起，面向浙江大学自动化专业的大四学生，开设“计算机控制系统”或“计算机控制系统及软件”课程，执教近二十年，主讲约500多学时；此外，在1999－2003年对浙江大学控制系的研究生主讲过“先进控制技术”课程，授课时间约50学时。从1997年开始至今，对浙江大学自动化专业的大三学生，开设“自动控制理论”课程，授课学时约达800多学时。从2002年开始，面向浙江大学电类大二学生主讲“信号与系统”，授课学时约150。平均每年指导浙江大学控制系4名大学本科毕业生的毕业论文工作。
长期从事复杂系统的建模、控制、仿真和优化的研究和产业化工作，研究兴趣包括工业对象和智能交通系统。作为项目负责人承担的国家项目有：“八五”、“九五”攻关项目子专题与专题各1项，863项目子课题1项，省自然科学基金1项。作为项目主要研究人员参与863项目3项，973项目1项，国家自然科学基金4项，高校博士学科点专项科研基金1项。近年来在国内外学术刊物和国际会议上发表论文一百余篇。

目录

1概述1
1.1本章基本要求1
1.2本章知识点与重要公式1
1.2.1一些重要的概念1
1.2.2控制系统的基本结构形式2
1.2.3控制系统的分类2
1.2.4控制系统的组成与方块图2
1.2.5小结2
1.3典型例题精选3
1.4习题一7
1.5自测题一10

2连续时间控制系统的数学模型12
2.1本章基本要求12
2.2本章知识点与重要公式12
2.2.1动态系统的微分方程模型12
2.2.2基于泰勒级数展开的非线性系统线性化方法14
2.2.3相似系统14
2.2.4动态系统的状态空间模型15
2.2.5动态系统的传递函数模型16
2.2.6系统方块图16
2.2.7信号流图与梅逊公式17
2.2.8微分方程、传递函数与状态空间模型之间的相互转换19
2.2.9状态变换和状态变换中的特征值的不变性22
2.2.10小结22
2.3典型例题精选23
2.4习题二49
2.5自测题二56

3线性系统的时域分析法60
3.1本章基本要求60
3.2本章知识点精粹与重要公式60
3.2.1典型输入60
3.2.2微分方程的拉氏变换求解61
3.2.3控制系统的时域性能指标62
3.2.4一阶系统时域分析63
3.2.5二阶系统时域分析64
3.2.6高阶系统时域分析65
3.2.7常规控制器及其对系统的影响66
3.2.8状态方程的求解与分析66
3.2.9被控对象的实验建模67
3.2.10时域分析方法小结68
3.3典型例题精选69
3.4习题三78
3.5自测题三82

4连续时间控制系统的稳定性与稳态误差86
4.1本章基本要求86
4.2本章知识点与重要公式86
4.2.1稳定性86
4.2.2劳斯判据86
4.2.3稳态误差88
4.2.4反馈控制系统的“型”89
4.2.5稳态误差系数89
4.2.6等效单位负反馈系统90
4.2.7系统稳定性分析小结90
4.3典型例题精选91
4.4习题四98
4.5自测题四100

5根轨迹分析法102
5.1本章基本要求102
5.2本章知识点与重要公式102
5.2.1基本概念102
5.2.2绘制根轨迹的基本法则103
5.2.3广义根轨迹106
5.2.4基于根轨迹的系统性能分析107
5.2.5基于根轨迹的补偿器设计108
5.2.6根轨迹方法小结108
5.3典型例题精选109
5.4习题五130
5.5自测题五133

6频率特性分析法136
6.1本章基本要求136
6.2本章知识点与重要公式136
6.2.1频率特性的定义136
6.2.2频率特性的图示法136
6.2.3由对数频率特性曲线确定系统传递函数原则139
6.2.4奈奎斯特(Nyquist)稳定性判据140
6.2.5频域指标与时域指标的关系141
6.2.6频率特性分析方法小结142
6.3典型例题精选143
6.4习题六155
6.5自测题159

7线性离散时间控制系统分析与综合162
7.1本章基本要求162
7.2本章知识点与重要公式162
7.2.1采样过程与采样定理162
7.2.2Z变换基础162
7.2.3线性离散系统的数学描述及求解164
7.2.4离散系统的分析与设计167
7.2.5数字控制系统简介170
7.2.6离散控制系统小结170
7.3典型例题精选171
7.4习题七182
7.5自测题187

8线性定常系统的状态空间分析法190
8.1本章基本要求190
8.2本章知识点与重要公式190
8.2.1能控性及其判别190
8.2.2能观性及其判别191
8.2.3对偶系统及对偶原理192
8.2.4状态空间模型的几种规范型192
8.2.5线性定常系统的结构分解193
8.2.6状态空间描述与传递函数描述的关系195
8.2.7状态反馈控制195
8.2.8状态观测器196
8.2.9分离原理197
8.2.10最优控制基础197
8.2.11线性定常系统状态空间分析方法小结198
8.3典型例题精选198
8.4习题八216
8.5自测题220

9非线性系统分析222
9.1本章基本要求222
9.2本章知识点与重要公式222
9.2.1相平面分析方法222
9.2.2描述函数分析方法223
9.2.3李雅普诺夫(Lyapunov)分析方法225
9.2.4本章小结226
9.3典型例题精选227
9.4习题九237
9.5自测题239

附录240
附录1《自动控制原理》部分习题参考答案240
附录2各章自测题部分参考答案257
附录3浙江大学控制科学与工程学院近年硕士研究生入学试题263
附录4浙江大学控制科学与工程学院近年硕士研究生入学试题部分参考答案284

参考书目293

前言/序言

自动控制原理是国内外各高校自动化及相关专业最重要的专业基础课。本书抓住自动控制原理中最重要、最基础的知识点组织编写，目的是期望读者在课程或教材的理论学习之后，通过对本书的例题分析与习题练习，深刻领会自动控制原理的基本概念、定理和分析方法的精髓，更好地掌握这门具有普遍工程实际背景的专业基础课的知识。特别希望的是通过本书的练习，读者能举一反三地灵活应用，不但提高解题能力，而且提高分析问题、解决问题的能力。控制科学与技术是一门随着科学技术与工程发展而不断向前发展的学科，且是与实际应用休戚相关的学科，徜徉在该学科最基础的自动控制原理知识海洋中，目标是为了将来打下扎实的基础，可以飞得更高更远。
本书为《自动控制原理》（孙优贤主编）(书号：978-7-122-11607-9)的配套习题集，全书共分九章，分别是概述、建模、控制系统时域分析、稳定性分析、根轨迹与频率特性两种图解分析方法、离散时间控制系统、状态空间方法以及非线性系统分析方法，涵盖了经典控制理论与现代控制理论的理论基础与基本原理。每章都由本章基本要求、知识点与重要公式、典型例题精选、习题与自测题几部分组成。从基本要求中，读者可以了解到该章对不同知识掌握的要求；而知识点与重要公式部分则简明扼要地介绍该章的重要概念、主要理论、常用的分析方法与计算公式等。特别要注意的是，由于它只是一种对知识点的简明概括，不是自动控制原理的教材，缺乏由浅入深、循序渐进式推导，故不能单独作为教材使用。典型例题讲解是本书的重点，可以帮助读者更好地掌握所学的相关知识点，有些求解方法不止一种，均配有说明以启发读者对问题的思考。
建议读者在读完例题精选后，尝试独立完成该章所附的习题与自测题，加强对该章知识点的掌握。本书的附录除给出了《自动控制原理》一书中每章习题与自测题的参考答案外，还包括了2003～2012年浙江大学控制科学与工程学院的自动控制原理研究生入学试题及参考答案。读者可以将这些题目用于测试自己对自动控制原理的掌握程度。2013～2015年浙江大学控制科学与工程学院的自动控制原理研究生入学试题及参考答案亦可提供给使用本书的读者，如有需要，请发邮件至cipedu@163.com索取。
本书由孙优贤院士主编，王慧教授副主编。其中，王慧教授负责第1、5章编写，徐正国副教授负责第2章编写，邵之江教授负责第3章编写，赵豫红副教授负责第4章编写，宋春跃教授负责第6章编写，周立芳副教授负责第7章编写，吴俊教授负责第8章编写、杨秦敏副教授负责第9章编写。王慧教授承担了附录的整理与全书的统稿工作，孙优贤院士负责全书内容的审阅与最终定稿。
在所配套教材2012年出版后的五年间，本书的编写得到了浙江大学本科生院、教务处、控制科学与工程学院领导与同仁以及使用该教材的控制科学与工程学院学生的大力支持；本书的初稿问世后，学院一些老师提出了很好的建议；在浙江大学控制科学与工程学院“自动控制原理”课程中也不断得到来自于学生的反馈意见。化学工业出版社的领导与编辑更是对本书的出版寄予了厚望，多次督促编者尽快完稿，为本书的顺利出版做出了许多努力。从教材到这本配套学习辅导，十年的时间，其中的点点滴滴，在此书付诸印刷之际，作为编者的我们唯有无穷的感激。
由于编者水平有限，书中不当之处，敬请读者批评指正，以便在下次印刷或再版时给予修正。

编者
2017年10月4日（中秋节）于杭州浙江大学玉泉校区
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