日本免费精品视频,男人的天堂在线免费视频,成人久久久精品乱码一区二区三区,高清成人爽a毛片免费网站

譯 者 序

今天， 各種自動化裝置、 機器人、 無人工廠、 辦公自動化設備、 農業自動化、 家庭自動化等形成的社會生產力， 在物聯網技術革新和產業發展的浪潮助推下， 把人類社會引領到一個嶄新的時代——智能自動化時代。雖然自動化裝置的種類繁多并且應用領域十分廣泛， 但是如何分析和設計自動控制系統的基本概念和基本理論卻是不變的。因此， 控制工程師們需要對控制系統的特性和分析設計方法有一個基本的認識和了解。另外， 控制系統設計中所采用的許多技術和原理也在其他學科中有著廣泛的應用。

本書在幫助讀者掌握實際控制系統設計技術的全景過程中， 融會貫通了由基本概念到實際應用的思想。眾所周知， 精通控制系統的具體分析和設計需要有一定的悟性和洞察力。堅實的理論基礎只是確保充分地理解控制系統， 更為重要的是， 在實際工作中要能敏銳地判斷系統的運行情況， 進而思考改進系統性能的方法， 而且要明白如何改進系統設計來滿足期望的控制要求。本書的編排和講解正是沿著這條有效的學習途徑進行的， 即在對問題有一個很好理解的基礎上， 再提出有效的系統設計方案， 并輔之以必要的仿真實驗進行驗證設計的結果。

本書涵蓋了自動控制理論的基礎知識， 重點強調了基本理論分析、 應用設計和技術案例實踐， 具有以下鮮明的特點： ● 本書整合了自動化專業過去分散的專業課程， 將經典自動控制理論、 現代控制理論、 數字控制技術和非線性系統理論中的基礎知識全部囊括其中， 知識體系清晰、 內容豐富， 適應當今社會對寬口徑自動化專業學生的培養需求。

● 每章的開篇都提綱挈領地給出了本章的知識背景和控制要求， 也給出了全章的主要內容結構分布， 在每章末尾還給出了全章所講述主題的發展歷史， 并對關鍵的知識點及時地進行了小結， 有助于學生進一步理解所學知識， 形成完整的知識體系。

● 本書在介紹自動控制基礎的分析和設計方法的同時， 還以豐富的設計實例配以翔實的設計步驟， 特別是第10章提供的來自實際問題的豐富而系統的案例研究， 讓讀者能充分體會到每一個設計細節， 有利于快速地培養起學生的分析和設計控制系統的能力。

● 配套網站若由于網絡原因無法打開此網址， 讀者也可登錄華信教育資源網注冊下載配套資源——編者注。提供了繪制本書中一系列圖形的計算機仿真程序和學習幫助文件。書中和配套網站提供的MATLAB仿真程序為讀者提供了驗證、 分析和設計自動控制系統的范例， 讓讀者能夠真實地體驗到控制效果。本書的第1章和第2章由張擁杰翻譯， 第3章和第4章由霍利超翻譯， 第5章和第9章由黃桂英翻譯， 第6章和第8章由劉貽杰翻譯， 第7章由劉佰蘭翻譯， 第10章和附錄由陳夏翻譯。顏杰、 李堅明、 段鵬斌、 歐陽燦參與了本書譯稿的整理和校對工作。全書由李中華負責統稿、 審校。

由于水平所限， 翻譯不妥或錯誤之處在所難免， 敬請廣大讀者批評指正。

另外， 在本書付印之前， 我們得到了原書作者提供的勘誤表， 因而在最短的時間內對其進行了逐一訂正， 不盡之處請諒解。

前

本書第六版依然致力于控制理論的入門課程， 并且保留了過去版本的特點。在新版中， 我們實質上重寫了描述反饋基本特性的第4章， 使得內容安排更合乎邏輯順序， 組稿方式更為有效。還更新了使用計算機輔助設計方法的內容， 以更充分地反映當今的設計是如何實現的。同時， 我們還配備了控制系統工程師， 以更好地指導和檢驗計算機的計算結果。在內容的更新方面， 對MATLAB的使用也進行了更新， 包括了一些近期的軟件功能。我們保留了第10章的案例研究， 并增加了關于新興的生物工程領域的新案例。在每一章的增加了一個小節， 用于描述相關技術的發展歷史， 這是為了闡述這些概念是如何提出的。

本書的基本架構保持不變， 依然包括利用根軌跡、 頻率響應和狀態變量方程三種途徑實現的設計分析， 以及為闡明控制理論而精心準備的案例。跟過去一樣， 為了幫助學生檢驗學習效果， 在每章的末尾提供了復習題， 并在書后附有答案。

在介紹設計方法的三個核心章節里， 我們依然希望學生能夠掌握基本的手工計算方法， 并且能夠快速地繪制出根軌跡或者伯德圖的草圖作為設計指導。鑒于MATLAB軟件在控制分析與設計中的廣泛應用， 本書較早地引入了MATLAB的使用。而且， 鑒于越來越多的控制器在嵌入式計算機中實現， 我們在第4章中還介紹了數字控制， 并且在大量的實例中對使用模擬控制器和數字控制器的反饋系統響應進行了比較研究。與以前一樣， 給出了一系列的MATLAB文件(包括m文件和Simulink仿真文件)用來輸出本書的圖形。這些可用的文件， 可以通過網站找到。

對于Simulink文件， 通過相同網站上的鏈接可以獲得等效的LabView文件。

我們刪除了一些對于介紹控制設計入門知識幫助不大的內容。然而， 在意識到有些教師仍有可能講授這些內容或者有些學生想要學習這部分內容， 因此， 將這部分內容放到了網站上。僅在目錄中提供了相關題目。

第六版的內容安排符合教育學原理， 為學習控制理論提供了清晰的動機， 并為應對教學挑戰打下堅實的基礎。

教育挑戰

在反饋控制學習中， 學生面對的有些挑戰是長期存在的， 而有些挑戰是近幾年才新出現的。有些挑戰伴隨著他們的整個工科學習過程， 而有些挑戰則是這門相對復雜的課程中所獨有的。無論這些挑戰是現存的還是新生的， 普通的還是特殊的， 它們對本書的不斷修訂都是非常關鍵的。下面介紹幾個教育挑戰， 并討論我們的解決方法。● 挑戰 學生必須掌握設計和分析方法設計是工程尤其是控制系統的核心工作。學生們將發現， 有機會解決實際應用問題的設計課題令人激動不已。但同時也將發現， 由于設計問題給定的描述不足以及解決方案的不， 所以導致設計變得困難起來。鑒于設計對學生固有的重要性和激勵性， 整本書都對設計問題給予了相當的重視， 從頭開始就樹立解決設計問題的信心。

在學習了建模和動態響應后， 第4章將開始介紹設計問題。首先介紹的是反饋的基本思想， 描述了它對擾動抑制、 跟蹤精度、 對參數變化的魯棒性影響。隨后， 在關于根軌跡、 頻率響應和狀態變量反饋方法的一致討論中繼續深入介紹設計方法。所有的論述旨在提供必要的知識， 以找到一個在數學上便于理解的優良反饋控制設計。

全書引用了大量的實例來比較或者對比采用不同設計方法得到的設計方案。在集中介紹案例研究的第10章， 我們將采用所有的方法來解決復雜的實際設計問題。● 挑戰 不斷地將新理念引入到控制中控制是一個活躍的研究領域， 因此， 不斷有新的概念、 思想和技術涌入。其中一些內容很快就會發展成每個控制工程師都必須掌握的技術。本書將同時滿足學生掌握傳統和現代知識的雙重要求。

在過去的每一個版本中， 我們都會盡力地賦予根軌跡、 頻率響應和狀態變量設計法對于控制的同等重要性。這一版繼續強調對基本方法的掌握， 同時， 也重視用于詳細運算的計算機實現方法。考慮到數字控制器在目前控制領域中的重要地位， 我們還將提前介紹數據采樣和離散控制器。雖然跳過這部分內容對全書的流暢性并無損害， 但是我們認為， 讓學生了解計算機控制的廣泛應用程度以及計算機控制基本方法掌握的簡易性， 這是十分重要的。● 挑戰 學生需要管理大量的信息大量的系統應用到反饋控制， 而且控制問題的解決方案不斷增多， 這意味著當今學習自動控制的學生必須掌握許多新的知識。學生們應該如何在冗長復雜的理論學習中保持敏銳性呢？如何確定重點和歸納總結？如何復習考試？幫助學生解決這些任務是第四版和第五版的準則， 同樣也是第六版的準則。現將本書的特點列舉如下。

特點

1. 章節開篇。每章以主題介紹和全章概述作為開始， 從整體上介紹該章的主題在學科中的位置， 并簡要地概括該章各個小節的內容。

2. 頁邊注解"頁邊注解"和"藍色強調"系指原英文版本的排本方式。在本翻譯版本做了一些技術處理——編者注。。頁邊注解有助于提醒學生瀏覽每章的重點， 指出重要的定義、 公式和概念。

3. 加框顯示。加框顯示用于識別文中的重要概念。它們也用于總結重要的設計步驟中。

4. 章節小結。海報式的章節小結， 簡要地重申關鍵的概念和結論， 有助于學生復習并區分重點。

5. 設計輔助大綱。為方便查閱， 將在設計和全書中用到的關系式集中地列出。

6. 藍色強調。使用藍色顯示意義特別。(1)強調有用的教學特點； (2)強調在方框圖中的特殊組件； (3)區分圖中的曲線； (4)使物理系統的圖像看起來更真實。

7. 復習題。在每章的末尾給出復習題， 并將答案附于書后， 用于指導學生自學。● 挑戰 學習反饋控制的學生來自不同的學科控制可應用于工程中可以想到的任何領域， 因此反饋控制具有跨學科的特性。因此， 許多學校在各個傳統學科中分別開設了控制導論課程， 而另一些學校(如斯坦福大學)開設了一系列供不同學科學生學習的課程。然而， 把實例限制在單一領域， 這犧牲了反饋的廣度和影響力， 因此覆蓋應用的整個范圍是必然的趨勢。本書體現了反饋控制的跨學科特性， 為許多最普遍的技術提供素材以方便各學科的學生使用。特別地， 針對在變換分析方面有良好背景知識的電氣工程學科的學生， 我們在第2章介紹了機械運動方程。而針對機械工程師， 在第3章回顧了用于控制理論的拉普拉斯變換和動態響應。另外， 還簡要地介紹了其他的技術。有時我們忽略了其推導過程， 而是從響應的角度， 運用易于理解足夠的物理描述來列寫物理系統的動態方程。本書介紹的物理系統實例， 包括計算機磁盤驅動器的讀/寫磁頭控制、 衛星跟蹤系統、 汽車引擎燃料空氣比例控制和飛機自動導航系統。

內容提要

全書內容共分10章和3個附錄。在一些章節的末尾， 使用△標注了高級的或增強的選學內容。在網站上還有附加的詳細資料。基于上述內容的實例和問題也被標注了△。附錄包括了背景資料和參考文獻， 如拉普拉斯變換表、 每章末尾復習題的答案以及MATLAB命令列表。網站上的附錄包括復數變量綜述、 矩陣理論綜述， 有關狀態空間設計的一些重要結果、 MATLAB中RLTOOL命令的用法指導以及選學內容支持材料或幾個章節的擴展知識。

第1章介紹了反饋的基本思想以及重要的設計問題。這一章還介紹了從古老的過程控制到飛行控制和電子反饋放大器的控制理論簡史。希望這份簡史能夠闡明該領域的發展過程， 介紹對其發展起到重要作用的關鍵人物， 以此激發學生的學習熱情。

第2章簡要介紹了動態模型， 涉及機械、 電氣、 機電、 流體以及熱力學裝置。這一章是可以跳過的， 或者可根據學生的需要來處理， 其出發點是作為復習要點來幫助學生厘清參差不齊的基礎知識。

第3章闡述了用于控制理論的動態響應。尤其是對于電氣工程專業的學生， 這一章的大部分內容已經學習過了。極點位置與暫態響應間的關系， 以及附加零點和極點對動態響應的影響， 對于許多學生來說還是新知識。動態系統的穩定性在本章也會涉及。這些都需要認真學習。

第4章介紹了反饋的基本方程和傳遞函數， 以及靈敏度函數的定義。利用這些工具， 可以通過擾動抑制、 精度跟蹤以及誤差敏感度對開環和閉環控制進行對比。根據跟蹤多項式參考信號或者抑制多項式擾動的能力， 對系統分類和系統類型的概念一起做了描述。， 介紹了經典的比例、 積分、 微分(PID)控制結構， 討論了控制器參數對系統特性的影響。在該章末尾的選修部分涉及了數字控制。

在第4章對反饋進行講述后， 本書的核心內容， 即基于根軌跡、 頻率響應和狀態變量反饋的設計方法， 分別在第5章至第7章進行介紹。

第8章更詳細地開發一些工具， 有助于在數字計算機中實現反饋控制設計。但是， 對于用數字計算機實現反饋控制的完整處理， 讀者需要參閱Franklin、 Powell和Workman編寫的同步教材Digital Control of Dynamic System(EllisKagle Press， 1998)。

第9章介紹了非線性內容， 涵蓋運動方程的線性化方法、 變量增益的零記憶非線性分析、 描述函數的頻率響應、 相平面、 李雅普諾夫穩定性定理和圓穩定性判據。

第10章將三種主要的設計方法綜合應用在幾個案例研究中， 建立了一個可應用于實際問題控制設計的設計框架。

課程結構

本書結構靈活。大多數初學控制理論的學生都掌握了動態方程和拉普拉斯變換。因此， 第2章和第3章的大部分對于他們可以起到復習的作用。用10周時間來復習第3章， 以及第1章、 第4章、 第5章和第6章的全部內容， 這是可能的。其中大部分的選學內容都可以跳過。在第二個10周的學習中， 可以順利地完成第7章和第9章的學習， 包括選學的內容在內。若忽略選學的內容， 可以選擇第8章的部分內容進行學習。一個學期能夠順利掌握第1章至第7章， 如有必要也可包含第2章、 第3章的復習內容。如果時間有余， 在學完這些核心內容后， 可以學習第8章關于數字控制的部分內容、 第9章關于非線性的部分內容和第10章的實例研究。

全書也可以實行三段10周教學法， 分為建模和動態響應(第2章、 第3章)， 經典控制(第4章至第6章)和現代控制(第7章至第10章)三個部分授課。

這兩種基本的10周教學過程都已在斯坦福大學實踐過， 可應用于高年級的控制學本科學生和沒有學習過控制的航空航天類、 機械工程類和電氣工程類的一年級的研究生。初級課程為復習第2章、 第3章并學習第4章至第6章。高級課程為研究生設計， 包括復習第4章至第6章， 并學習第7章至第10章。這些順序化的安排， 彌補了研究生課程在線性系統方面的不足， 而且它們是數字控制、 非線性控制、 控制、 飛行器控制和智能產品設計的預備課程。許多的后續課程還包括了大量的實驗。在學習本課程之前， 要求掌握動態系統或者電路分析和拉普拉斯變換的知識。

反饋控制課程的預備知識

本書針對所有工科專業的高年級學生。對于第4章至第7章的核心內容， 理解建模和動態響應的預備知識是必需的。通過過去的物理學、 電路和動態響應等方面的概念學習， 許多學生已經具有足夠的背景知識來學習這門課程。對于需要復習的學生， 第2章和第3章可以彌補這一漏洞。

理解矩陣代數是理解狀態空間的基礎。盡管通過過去的數學課， 所有的學生都具備這方面的知識， 但是， 在網上的附錄WE列寫了一些基本的關系式， 對控制系統需要的特定知識也在第7章開始處給出。這里需要強調的是線性動態系統和線性代數之間的關系。

補充

前面提到的網站包括有可以用來輸出本書所有MATLAB圖形的m文件和mdl文件， 這些文件可以根據需要進行復制和使用。具有完整習題答案的教師手冊也是可用的。網站同樣包括了高級的內容和附錄。

致謝

， 我們向為反饋控制理論發展到今天這個水平做出過貢獻的學者， 特別是給予我們巨大幫助和建議的學生、 同事們致謝。尤其應該提到的是， 我們在與斯坦福大學控制理論導論教師A. E. Bryson、 Jr.、 R. H. Cannoon、 Jr.、 D. B. DeBra、 S. Rock、 S. Boyd、 C. Tomlin、 P. Enge和C. Gerdes的討論過程中受益匪淺。其他幫助過我的同事還有D. Fraser、 N. C. Emami、 B. Silver、 M. Dorfman、 D. Brennan、 K. Rudie、 L. Pao、 F. Khorrami、 K. Lorell和P. D. Mathur。

還要特別地感謝為本書幾乎全部的習題提供答案的同學們。

Gene F.Franklin

J.David Powell

Abbas EmamiNaeini

斯坦福大學， 加利福利亞