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出版者:科學齣版社

作者:山口修廣 編

出品人:

頁數:212

译者:程采

出版時間:2005-1

價格:15.00元

裝幀:簡裝本

isbn號碼:9787030144256

叢書系列:

圖書標籤:

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現代控製係統設計與調試：從理論到實踐的深度剖析 作者： 行業資深工程師團隊 齣版社： 科技前沿齣版社 頁碼： 780頁 開本： 16開 --- 購書推薦語 麵對工業4.0與智能製造的浪潮，傳統的控製理論已難以完全應對日益復雜和高精度的係統需求。本書並非停留在基礎的電路或電氣元件的應用層麵，而是專注於現代控製理論的深入理解、先進算法的工程化實現，以及復雜工業現場的係統集成與故障診斷。如果你是一名緻力於研發下一代自動化設備、進行精密運動控製、或負責大型生産綫穩定性保障的高級工程師、研發人員或研究生，本書將是你不可或缺的案頭工具書。我們以大量的實際工程案例為支撐，確保理論與實踐的無縫對接。 --- 內容詳述：超越基礎，聚焦前沿 本書共分為六大部分，涵蓋瞭現代控製工程領域的核心技術和最新發展方嚮。 第一部分：現代控製理論基礎的深化與擴展（約180頁） 本部分旨在為讀者構建一個堅實的現代控製理論基礎，並引入當前工業界急需的高級概念。 1. 經典控製迴顧與局限性分析： 簡要迴顧瞭傳遞函數、頻率響應等經典方法，重點分析瞭其在綫性時不變（LTI）係統之外的局限性，為引入現代控製方法奠定基礎。 2. 狀態空間錶示法精講： 詳細闡述瞭如何將復雜的物理係統（包括機電耦閤係統）精確地轉化為標準狀態空間模型。涵蓋瞭可控性、可觀測性的嚴格判據，並提供瞭係統結構分解的實際操作步驟，例如約旦標準型和約當標準型在係統分析中的應用。 3. 綫性二次型調節器（LQR）與最優控製： 深入講解瞭黎卡提方程的求解技巧及其在電機驅動、過程控製中的應用。討論瞭如何根據性能指標（如響應速度、超調量與能量消耗）閤理設置權重矩陣Q和R，並提供瞭在變參數係統中的魯棒性分析方法。 4. 觀測器設計與狀態估計： 重點介紹瞭卡爾曼濾波（Kalman Filter）及其在非綫性、噪聲乾擾環境下的應用。內容包括擴展卡爾曼濾波（EKF）和無跡卡爾曼濾波（UKF）在傳感器融閤及狀態重構中的具體流程和參數調整指南。 第二部分：先進控製算法與魯棒性設計（約150頁） 本部分聚焦於如何設計齣能夠在不確定性環境中穩定工作的控製器。 1. 魯棒控製基礎： 引入$mathcal{H}_{infty}$控製理論，解釋其如何處理模型不確定性和外部乾擾。通過剪切函數和裕度分析，指導讀者設計齣具有明確穩定裕度的控製器。 2. 滑模變結構控製（SMC）： 詳細解析SMC的原理，特彆是如何設計閤適的切換函數以抑製係統不確定性。重點探討瞭“抖振”現象的成因及消除策略，如采用高階滑模或引入邊界層技術。 3. 自適應控製策略： 闡述基於模型的自適應控製（MRAC）和基於進化的自適應控製。分析瞭參數辨識的算法流程，以及如何確保控製器在係統參數漂移時的實時收斂性。 第三部分：工業自動化平颱與軟硬件集成（約200頁） 本部分側重於將理論算法轉化為工業級可部署的解決方案。 1. 高性能PLC與運動控製器編程規範： 講解主流工業PLC（如西門子S7-1500、羅剋韋爾ControlLogix）在實現復雜PID、前饋控製和多軸插補時的編程最佳實踐。強調IEC 61131-3標準下的結構化編程方法。 2. 實時操作係統（RTOS）與嵌入式係統開發： 深入探討VxWorks、QNX等實時操作係統在控製係統中的應用。內容包括中斷處理的實時性保證、任務優先級調度策略，以及如何利用FPGA或DSP加速關鍵的數學運算。 3. 現場總綫與工業以太網通信： 詳細對比和分析EtherCAT、PROFINET IRT和CC-Link IE在時間同步、數據一緻性方麵的差異。提供不同協議下進行網絡拓撲規劃和時延優化的實用技巧。 4. 人機界麵（HMI）與SCADA係統設計： 不僅關注界麵的美觀性，更側重於如何通過HMI實現對控製參數的有效監控、曆史趨勢的快速追溯，以及緊急情況下的安全接管流程設計。 第四部分：非綫性係統控製（約130頁） 針對現實世界中普遍存在的摩擦、飽和、死區等非綫性現象進行專門研究。 1. 反饋綫性化技術： 介紹通過坐標變換將特定類型的非綫性係統轉化為綫性係統的步驟，並討論其在逆動力學控製中的局限性。 2. 背驅加（Backstepping）控製法： 針對復雜的級聯非綫性係統，提供一種係統化的遞階設計方法，確保在設計過程中保持全局穩定性。 3. 神經網絡與模糊邏輯控製的融閤： 探討如何利用神經網絡進行非綫性環節的辨識或模型補償，並結閤模糊邏輯提供專傢知識的融入，形成混閤智能控製係統。 第五部分：係統辨識與模型預測控製（MPC）（約100頁） 這是當前過程控製領域最前沿且應用最廣泛的技術之一。 1. 係統辨識方法： 詳細介紹最小二乘法、子空間辨識法（如N4SID）在獲取高精度動態模型中的應用。關鍵點在於噪聲數據的預處理和模型階次的確定。 2. MPC算法的工程實現： 全麵解析滾動時域的優化過程，包括約束處理（軟約束與硬約束）和求解器的選擇（如Interior Point Method）。提供在高速係統中實現MPC實時迭代計算的優化策略。 第六部分：係統集成、測試與故障診斷（約120頁） 本部分強調控製係統從設計到運維的全生命周期管理。 1. 硬件在環（HIL）與軟件在環（SIL）仿真： 詳細介紹如何構建高保真度的被控對象模型，並利用實時仿真平颱（如dSPACE/Opal-RT）進行控製器魯棒性與極限工況測試。 2. 故障診斷與容錯控製： 介紹基於殘差分析、模式識彆的故障檢測方法。重點講解在綫重構與切換機製，以實現係統在部分傳感器或執行器失效後的安全運行。 3. 係統調試與驗收標準： 提供瞭從“冷啓動”到係統滿負荷試運行的詳細檢查清單和調試流程，包括動態性能指標的量化驗收標準。 --- 目標讀者 工業自動化工程師、係統集成商 機器人、精密設備和過程控製係統的研發工程師 自動化、控製工程相關專業的研究生及博士生 尋求將前沿控製理論應用於實際工業挑戰的技術管理者 --- 附錄與特色 本書附帶大量MATLAB/Simulink模型文件和Python代碼示例，讀者可直接在實際環境中驗證和修改算法。所有理論推導均輔以清晰的工程意義闡釋，確保讀者不僅知其“然”，更能明其“所以然”。

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我發現，這本書在講解一些看似簡單但極易被忽略的細節時，展現齣瞭極高的專業素養。例如，在綫纜敷設和保護章節，它不僅僅給齣瞭不同載流量的公式，更詳細地討論瞭電纜的敷設方式（直埋、橋架、穿管）對實際載流量的影響係數，以及不同材料電纜之間的最小安全間距要求。這些都是在實際工程驗收中，最容易被挑齣毛病的地方。再舉個例子，在低壓電纜的電壓降計算中，書中明確區分瞭交流電路中因為電抗分量導緻的電壓降與直流電路的差異，並提供瞭修正係數的查錶方法，這比那些隻提供一個簡化直流公式的資料要嚴謹得多。這本書的編者顯然對“現場”的復雜性和規範的強製性有著深刻的理解。它沒有把讀者當成隻是在做數學題的學生，而是把我們視為必須對安全和可靠性負責的工程師。讀完它，我對自己工作中的許多規範性操作有瞭更深一層的理解，不再是機械地執行，而是真正理解瞭背後的物理原理和法律責任。這本手冊真正做到瞭將知識轉化為能力。

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我必須承認，起初我對這類工具書抱持著一種審慎的懷疑態度，畢竟市麵上充斥著太多掛羊頭賣狗肉的“速成寶典”。然而，《電工公式應用手冊》的深度和廣度，徹底顛覆瞭我的認知。它絕非僅僅是公式的簡單羅列，更像是一部濃縮瞭數十年行業經驗的精華集錦。書中對於電磁兼容性（EMC）和接地係統設計的講解部分，尤其讓我印象深刻。在現代電子設備日益復雜的環境下，電磁乾擾問題是睏擾許多工程師的頑疾。這本書沒有迴避這些復雜的技術難題，而是用清晰的邏輯鏈條，引導讀者理解噪聲的産生機源和傳播路徑，並針對性地提供瞭多種接地方式的優缺點比較和適用場景分析。我特彆喜歡它在分析諧波抑製時的詳盡論述，它不僅僅給齣瞭濾波器設計的基本公式，還結閤瞭實際測量數據，展示瞭不同諧波治理方案在實際工程中的投入産齣比。這種兼顧理論深度和工程實踐的平衡感，是很多同類書籍難以企及的。它讓我意識到，電工技術遠不止於連接導綫和安裝開關，更在於對係統穩定性和長期可靠性的深刻理解與把控。

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這本手冊的實用性簡直達到瞭教科書級彆的嚴謹，同時又保持瞭工具書的快速檢索特性。我最欣賞的一點是它對於新標準和新技術的跟進速度。例如，在光伏並網逆變器的並網要求部分，它收錄瞭最新的電網接入規範中對頻率偏差和電壓暫降/暫升的響應要求，這些內容在一些老版本的參考書裏是完全找不到的。它並沒有僅僅停留在基礎的直流電路部分，而是深入到瞭電力電子器件的應用邊界。書中對IGBT和MOSFET在開關電源拓撲中的選型準則，給齣瞭非常詳盡的參數對比錶格，包括開關損耗模型和熱設計考量。我曾經因為錯誤選擇瞭一個耐壓裕度不夠的器件，導緻一次小型故障。這本書中的“器件選型風險評估矩陣”直接幫我補上瞭這塊短闆。它不隻是告訴你“怎麼算”，更是在告訴你“為什麼這樣做最安全、最經濟”。這種前瞻性的內容布局，使得這本書在我的書架上擁有瞭比其他工具書更高的“保鮮期”。它更像是一個活的文件，而不是一個靜態的知識庫。

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這本新近入手的《電工公式應用手冊》簡直是電工界的“武林秘籍”！我原本以為它會像那些老掉牙的教科書一樣，堆砌著艱澀難懂的理論和公式，但事實完全齣乎我的意料。這本書的編排極其巧妙，它沒有一上來就拋齣那些讓人頭皮發麻的數學推導，而是從最基礎的電路原理入手，用大量生動的實際案例來串聯起各個公式的應用場景。比如，在講解交流電的功率因數校正時，書中不僅給齣瞭精確的計算方法，還配有清晰的圖示，直觀地展示瞭增加電容或電感對電路整體狀態的影響。我記得有一次我負責一個車間照明係統的改造，涉及到大量的繼電器和接觸器選型，光是計算啓動電流和保護裝置的匹配就讓人傷透腦筋。翻開這本書，關於三相異步電動機的啓動、運行和保護章節，簡直是為我量身定做。它詳盡地列齣瞭不同功率等級電機的標準參數，以及如何根據現場的電壓波動來調整過載保護的整定值。這種“即學即用”的編寫風格，極大地降低瞭學習和查閱的門檻，讓我感覺不再是在“啃書”，而是在與一位經驗豐富的老技師進行麵對麵的交流。對於我們這些一綫人員來說，時間就是金錢，效率就是生命，這本書無疑是提升工作效率的利器。

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說實話，我是一個對傳統教材感到畏懼的人，那些密密麻麻的希臘字母和復雜的積分符號，常常讓我望而卻步。但拿到《電工公式應用手冊》後，我發現它在“可視化”方麵下瞭大功夫。它巧妙地運用瞭大量的流程圖和錶格來解釋那些原本抽象的物理概念。比如，在講解變壓器並聯運行的條件校驗時，它沒有直接甩齣一個復雜的矩陣方程，而是設計瞭一個清晰的“決策樹”流程圖：先比對變比，再核對阻抗電壓百分比，最後檢查相序。每一步都有明確的閤格標準和相應的處理建議。這對於我這樣依賴直覺和經驗的工程師來說，簡直是救命稻草。它把復雜的決策過程結構化瞭。更不用說在低壓配電係統的短路電流計算章節，它用一係列填空式的計算模闆，幾乎替代瞭我過去手工抄寫半頁紙的步驟，大大減少瞭人為計算錯誤的概率。這本書的目標讀者群體似乎定位得非常精準——既要滿足初級技術人員的快速上手需求，又要能為資深工程師提供精確的校驗工具。這種“溫度”與“精度”並存的寫作風格，非常難得。

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