可编程控制器原理及应用(下) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:汪晓光

出品人:

页数:288

译者:

出版时间:2002-5-1

价格:24.00

装帧:平装

isbn号码:9787111050032

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 可编程控制器
• 工业控制
• 自动化
• 电气工程
• 原理
• 应用
• 下册
• 技术
• 控制工程

经典电子学理论基础与现代信号处理技术综述 本书旨在为电子工程、通信、自动化等领域的专业人士和高年级学生提供一套全面且深入的理论基础和前沿技术概览。它聚焦于电子学领域最核心的、贯穿始终的理论框架，并紧密结合当代信号处理和系统分析的实际需求。全书内容结构严谨，逻辑清晰，从最基本的物理定律出发，层层递进，直至复杂的非线性系统分析与现代数字信号处理的高级算法实现。 第一部分：电磁场与电路理论的基石重构 (The Foundation: Electromagnetics and Circuit Theory Rebuilt) 本部分将对构成现代电子系统的最基本物理和数学模型进行深入探讨和系统性的重构。我们不满足于简单的公式记忆，而是强调对这些定律背后物理意义的深刻理解。 第一章：麦克斯韦方程组的微分与积分形式及其在时域和频域的统一解析 本章深入剖析了麦克斯韦方程组在真空和介质中传播的完整形式。重点在于理解电场、磁场、位移电流和传导电流之间的内在联系。我们将详细推导波动方程的建立过程，并侧重于平面波在各向异性介质中的传播特性，包括波的反射、折射、偏振态的改变。此外，本章引入傅里叶变换作为连接时域瞬态响应与频域稳态特性的桥梁，展示如何利用频域分析来简化复杂的瞬态电路求解过程。探讨了坡印廷定理在能量传输和损耗分析中的核心地位。 第二章：电路理论的高级分析方法与非线性元件建模 本章超越了传统的KCL/KVL在线性电路中的应用。首先，系统性地介绍了拓扑学在电路分析中的应用，如割集矩阵和圈（回路）矩阵的构建，并阐述如何利用它们来简化大型复杂电路的节点电压法和回路电流法的方程组。随后，我们将重点转向非线性电路分析。详细讨论了半导体PN结的Ebers-Moll模型、Shockley二极管模型的局限性以及更精确的载流子迁移率模型。对于晶体管（BJT和FET），本章深入分析了在高频和小信号模型下的等效电路参数提取方法，特别关注寄生电容和电感对系统带宽的影响。最后，对瞬态响应的求解，引入了拉普拉斯逆变换的实用技巧，并讨论了系统的稳定性和暂态过程的收敛性判据。 第二部分：模拟系统设计与反馈控制的数学艺术 (Analog Systems and the Mathematics of Control) 本部分将理论分析转化为实际的系统设计工具，重点关注放大器设计中的非理想因素处理和反馈理论在系统稳定性控制中的应用。 第三章：运算放大器的非理想特性与高精度模拟电路设计 本章以理想运放为起点，系统地引入了输入失调电压、共模抑制比（CMRR）、开环增益带宽积（GBWP）以及压摆率（Slew Rate）等关键参数对电路性能的制约。针对这些非理想性，详细阐述了如何通过精确的器件选择和电路拓扑优化来提高测量精度。内容包括低噪声放大器（LNA）的设计准则，如何利用JFET或CMOS输入级来最小化热噪声和闪烁噪声；以及在积分器和有源滤波器设计中如何补偿漂移误差。 第四章：经典反馈理论与现代控制系统的鲁棒性分析 反馈是所有电子和控制系统的核心。本章从奈奎斯特图（Nyquist Plot）和伯德图（Bode Plot）的角度，详细解释了相位裕度和增益裕度如何直观地指示系统的稳定性。我们将深入探讨根轨迹（Root Locus）分析法，展示如何通过改变单个系统参数（如反馈系数或补偿元件）来精确地控制闭环极点的位置，从而实现期望的瞬态响应。更进一步，本章引入了状态空间表示法，将高阶微分方程转化为一阶矩阵形式，这为现代控制理论（如LQR最优控制）的引入奠定了基础，并探讨了时间延迟对系统稳定性的潜在破坏性影响。 第三部分：离散时间系统与数字信号处理的精要 (Discrete Systems and the Essence of Digital Signal Processing) 在微处理器和DSP芯片日益普及的今天，理解如何将连续信号转化为可处理的离散序列，并进行高效的滤波和变换，是至关重要的技能。 第五章：采样理论、Z变换及其在离散系统分析中的应用 本章的核心是奈奎斯特-香农采样定理的深入剖析及其在实际中的挑战（如混叠现象）。详细分析了零阶保持器（ZOH）和一阶保持器对重建信号的影响。Z变换作为分析离散时间系统的核心数学工具，其收敛域（ROC）的确定被放在突出位置，因为它直接决定了系统的因果性、稳定性和可实现性。系统分析从离散卷积和差分方程开始，过渡到稳定性的Jury判据和Schur-Cohn判据。 第六章：快速傅里叶变换（FFT）算法与高性能数字滤波器设计 本章聚焦于高效的数字信号处理技术。详细拆解了蝶形运算（Butterfly Operation）在基-2 FFT算法中的实现原理，分析了不同数据重排（Bit Reversal）策略的效率差异。在滤波器设计方面，本章对比了IIR（无限脉冲响应）和FIR（有限脉冲响应）滤波器的优缺点。对于FIR滤波器，重点讲解了窗函数法（如Hamming, Blackman窗）的优缺点以及Parks-McClellan算法（最小二乘法）在设计最优线性相位滤波器中的应用。对于IIR滤波器，我们将探讨如何利用双线性变换（Bilinear Transform）将连续时间系统的s域原型转化为离散时间的z域实现，并讨论量化误差对最终滤波器性能的影响。 第四部分：现代系统辨识与数据驱动方法概览 (System Identification and Data-Driven Approaches) 本部分将视角转向如何从实际观测数据中推断出系统的内在模型，这是现代工程实践中不可或缺的一环。 第七章：随机过程理论基础与系统辨识的基本框架 本章引入概率论在信号分析中的应用，讨论随机变量、平稳过程和遍历过程的概念。重点分析了自相关函数和互相关函数在揭示信号内部结构和系统冲激响应中的关键作用。随后，本章建立起经典的最小二乘法（LS）系统辨识框架，用于估计线性时不变（LTI）系统的参数。讨论了残差分析的重要性，以及如何通过模型定阶（如Akaike信息准则AIC或贝叶斯信息准则BIC）来避免欠拟合或过拟合。 第八章：卡尔曼滤波原理及其在状态估计中的迭代优化 本章作为系统辨识的现代高阶应用，详细阐述了卡尔曼滤波——一个最优线性无偏估计器——的五步迭代过程（预测与更新）。我们将从离散时间线性系统的状态空间模型出发，推导卡尔曼增益矩阵的意义，强调它如何在测量噪声和过程噪声之间进行最优权衡。本章还将简要介绍扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在线性假设被打破（即非线性系统）时，如何保持状态估计的有效性。 全书总结与展望： 本书的每一章都紧密围绕“建模、分析、优化”这一核心流程展开，旨在培养读者从第一性原理出发解决复杂工程问题的能力，为未来深入研究嵌入式系统、先进控制、射频电路或通信系统打下坚实、广博的理论基础。书后附有大量精选的习题和案例分析，以巩固读者的理论理解并提升其实践应用能力。

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我对于这本书在高级主题上的处理方式感到特别满意，特别是关于网络通信和安全性的那几个章节。在工业自动化领域，现在不仅仅是做好控制逻辑那么简单，数据交换和系统的可靠性越来越重要。这本书没有回避这些“硬骨头”，反而深入挖掘了工业以太网协议栈在PLC层面的具体实现细节，比如PROFINET和EtherNet/IP的数据帧结构解析，这些内容在许多基础教材里往往是一笔带过。更难得的是，它对PLC系统在面对网络攻击时的基础防御策略也进行了探讨，虽然不是专门的安全书籍，但提供的这些前瞻性知识，对于未来的工程师来说绝对是宝贵的“防火墙”意识的培养。这说明作者在撰写时，不仅仅是站在“如何让设备动起来”的角度，而是把整个工业控制系统视为一个复杂的、需要持续维护和保护的整体来考量的，这种宏观视野是很难得的。

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这本书的内容组织逻辑性很强，作者似乎非常清楚初学者和进阶者在学习过程中可能会遇到的认知障碍点，所以每一章节的衔接都处理得非常巧妙。尤其是在处理那些概念性很强，但又抽象难懂的部分，比如时序逻辑的构建或者中断服务的优先级管理，它并不是一股脑地把所有理论抛出来，而是采用了“由浅入深、实例驱动”的教学方法。我注意到它在讲解每一个新指令集或者新功能块时，都会立刻配上一个小型的工作场景模拟，比如一个简单的流水线控制，然后逐步增加复杂性，加入故障诊断的环节。这种实践导向的讲解方式，极大地降低了学习曲线的陡峭程度。我过去看别的书时，往往要反复在理论章节和后面的应用案例之间来回翻阅才能建立联系，但这本则像是在一个线性的旅程中，每走一步都有清晰的地图指引，让人感觉知识点是层层递进、环环相扣的，很少出现“学了后面忘了前面”的断裂感。

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这本书的装帧设计倒是挺上档次的，封面那种哑光质感摸起来很舒服，拿在手里沉甸甸的，一看就是那种可以认真对待的专业书籍。我最喜欢它排版上的留白处理，不像有些教材恨不得把每一个角落都塞满字，这本书的版式看着很清爽，阅读起来不那么费神。而且，书中的插图和电路图绘制得特别精细，很多关键部分的示意图放大之后细节依然清晰可见，这对于理解复杂的电气连接和信号流向至关重要。比如讲到数据结构和内存映像的时候，作者用的那些图示化表达方式，比纯文字描述要直观得多，让人能一下子抓住重点。当然，内容上，我发现它在介绍最新一代PLC技术趋势时，引用了一些近几年的工业案例和标准更新，这在很多同类教材里是比较少见的，看得出编者在资料收集和知识更新上下了真功夫，不像是那种陈旧的资料堆砌，而是有紧跟时代脉搏的。总的来说，从阅读体验和视觉感受上来说，这是一本制作精良的书籍，作为工具书放在案头，光是看着就觉得专业度很高。

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从一个实战者的角度来看，这本书最大的价值在于它对“故障排除”和“系统优化”环节的重视程度。很多教材只教你如何搭建一个能跑的系统，但一旦系统投入运行后出现意料之外的抖动或间歇性错误，很多理论书就显得无力了。这本书中专门开辟了一个大型的“诊断与调试”模块，它不仅列举了常见的硬件故障代码，更重要的是，它系统性地分析了由于程序逻辑冲突、I/O信号抖动或通信延迟不匹配所导致的软件层面的疑难杂症。特别是对PID控制回路在实际负载变化下的参数整定建议，给出了非常实用的经验公式和调整思路，而不是仅仅停留在理论公式的推导上。这种“经验的结晶”远比纯粹的理论推导来得宝贵，它让读者感觉自己不是在对着一堆冰冷的文字学习，而是在跟随一位经验丰富的老工程师的脚步，学习如何应对真实工业现场的“脾气古怪”的机器。

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这本书的语言风格非常沉稳、严谨，没有丝毫浮夸或过度简化的倾向，这一点我很欣赏。它在阐述技术原理时，用词精准到位，每一个术语的定义都像是经过了反复推敲的，比如在解释“死区时间”或“循环扫描周期”时，作者的表述非常精确，避免了那种模糊不清、容易引起歧义的描述。我特别喜欢它在脚注和尾注部分的处理，很多地方提供了对理论背景的补充说明，或者引用了相关的国家标准编号，这使得整本书的权威性和可追溯性大大增强。对于需要进行规范化设计或查找标准依据的工程师来说，这是一个巨大的便利。读起来虽然不能用“轻松幽默”来形容，但绝对是那种让人心安的“教科书式”的可靠感，你知道你正在吸收的是经过严格验证的、不可动摇的知识体系，而不是某种快速成型的“速成秘籍”。

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