控制工程是自动化专业的同学们的基础必修科目,学好这门课很有必要,因为控制工程的应用非常广泛,从家庭电器到工业自动化、交通系统、航空航天、医疗设备等领域都需要用到。
不过初次接触控制工程的同学们,要了解到学好这门课有以下三个要求:
·数学基础要扎实。控制工程涉及大量的数学知识,包括微积分、线性代数、概率论等;·具备抽象思维能力。这门课程有许多概念和方法是相对抽象的,需要同学们具备良好的抽象思维能力,理解并应用这些概念和方法;·工程实践能力。需要结合工程实践进行学习和应用,这就需要同学们具备动手解决实际问题的能力。这看起来就是既要懂理论,还要会实践,那学起来会不会很难?如果同学们手里拿到《现代控制系统(第14版)》这本经典教材,并且踏实学好,不挂科不说,考研上岸也不是难事儿。以后走上工作岗位,也一定能从这本书里受益无穷。
我们来探究一下这本书为何如此经典,竟然能出到第 14 版。
《现代控制系统(第14版)》之所以能够成为经典的控制工程教材,并被广泛应用于全球的大学和研究机构,是因为它全面而系统地介绍了现代控制系统的基本原理和方法,而且包含大量的设计案例。
本书主要细述了控制系统的建模与分析、传统控制方法(如PID控制)、状态空间分析与设计、频域分析与设计、数字控制系统等。它从基础知识出发,逐步深入,使读者能够全面了解控制系统的理论与应用。
书中融入了大量真实世界的案例和实例,这些案例涵盖了多个领域,如机械、电子、物联网、化工、航空航天等。通过这些实例,读者可以更好地理解控制系统的应用场景和设计方法。
本书每一版都进行了更新和修订,对工程技术前沿领域保持关注,纳入新知识和新方法,使得本书拥有了旺盛的生命力。第 14 版主要更新内容如下:
·新增或修改了 20% 左右的课后习题。本书总共提供了 980 多道基础练习题、一般习题、难题、设计题和计算机辅助设计题等各类题目;·为了更清晰地呈现内容,扩展了色彩的运用 (全书彩色图片可在异步社区下载);·为学生和教师更新了配套网站:Pearson 网站 bishop 页面。这样一本经典之作出自两位世界级的控制工程领域专家,他们在控制工程领域都有着多年的研究和教学经验,现在让我们进一步了解两位作者。RichardC. Dorf是美国加利福尼亚大学戴维斯分校的电气与计算机工程荣誉退休教授,撰写和编著出版了多本工程类教科书和手册。Dorf 教授是电气电子工程师学会(IEEE)会士和美国工程教育协会(ASEE)会士,还是 PIDA 控制器的专利持有者。RobertH. Bishop是美国南佛罗里达大学工学院院长、应用工程研究所主任和电力工程系教授。Bishop 教授的工程职业生涯起始于著名的 CharlesStarkDraper 实验室。他是一位活跃的教师和研究者,作为作者或合作者发表了超过 145 篇期刊与会议论文。Bishop 教授还是全球工学院院长理事会的活跃成员,该理事会致力于建立全球范围的工学院院长网络,以便推进全球工程教育、研究和服务的发展。Bishop 教授是美国航空航天学会(AIAA)会士、美国航天学会(AAS)会士和美国科学促进会(AAAS)会士,并长期活跃于美国工程教育学会和电气电子工程师学会。
从本质上讲,控制工程是一个跨学科的综合性领域,要想学好这门课,既要打下坚实的数学基础,也要在设计控制系统的实践中不断摸索。
作者坚信,最重要和最有成效的学习方法,是对前人已经得到的答案和方法进行重新发现和创新。为此,书中提出了三条建议。
要掌握好控制工程的经典方法,如拉普拉斯变换和传递函数、根轨迹法、劳斯-赫尔维茨稳定性分析;伯德图法、奈奎斯特法和尼科尔斯法等频域响应法;对标准测试信号的稳态跟踪误差;二阶系统近似;相角裕度、增益裕度和带宽等。本书讨论了状态空间法以及状态空间模型的能控性和能观性的基本概念,介绍了用于极点配置的阿克曼(Ackermann)公式,以及利用阿克曼公式进行全状态反馈设计的方法。书中还介绍了超越传统的新内容,例如鲁棒控制系统和计算机控制系统等新主题,并专门拿出一章的篇幅,以实际工业用超前校正器和滞后校正器为中心,讨论了反馈控制系统的设计。
本书通过每章的大量习题来检验同学们的学习效果,提高同学们解决问题的技能。每章末尾的习题分为以下 5 类。基础练习题的目的是在解决复杂问题之前,直接运用各章介绍的概念和方法解决相对简单的问题。一般习题则要求灵活运用各章的概念来解决新的问题。难题表示相对复杂的问题。设计题侧重完成设计任务。计算机辅助设计题则是为了锻炼运用计算机解决问题的能力。全书的习题超过 980 道,通过完成各类题目,同学们会对自己解决问题的能力越来越自信。实际复杂控制系统的设计是贯穿全书的重要主题。控制系统的设计流程分为 7 个模块,这 7 个模块又可以归纳为 3 大类。1. 确定控制目标和受控变量,并定义系统的性能指标及其设计要求。本书的每一章都强调系统设计流程与该章主题和知识点之间的对应关系,目的在于通过实例来展示控制系统设计流程中不同模块的内容。书中还用大量的例题详细说明了控制系统的设计流程,这些例题涵盖控制系统设计在多个领域的应用,包括机器人、制造业、医疗和交通(地面、空中和太空)等。另外,本书每一章都专门安排了一节内容来帮助学生学习计算机辅助分析和设计,并运用计算机辅助设计的手段对该章的实例和概念进行再分析和再设计。
控制工程或控制原理课程则是工科专业的核心课程,对于工科的同学们来说,吃透《现代控制系统(第14版)》这本书,不仅是在学业上有所成就,更是为将来在工作中挑起大梁做好准备。
本书最大的特点是将理论知识与实际应用相结合,强调了控制系统设计的实用性。同学们不仅可以学到控制系统的基本理论,还能够了解到如何将这些理论应用于实际的工程项目。
同时,书中使用清晰简洁的语言和图表将复杂的概念和方法解释得易于理解。书中还包括大量的图表、图示和示意图,帮助同学们更好地理解控制系统的原理和设计过程。
这本书已经出版多个版本,每一版都进行了更新和修订,以反映控制工程领域的最新进展。本书配套资源丰富,教师专享电子版资料可根据指引轻松获取。
书中分为五个难度等级的大量课后习题,可以帮助同学们巩固所学知识,增强实践能力,检验学习效果。
同学们还等什么,赶紧翻开《现代控制系统(第14版)》学习起来,玩转控制工程吧。