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出版者:科學齣版社

作者:森政弘

出品人:

頁數:158

译者:楊曉輝

出版時間:2002-3

價格:22.00元

裝幀:簡裝本

isbn號碼:9787030101051

叢書系列:

圖書標籤:

• 機器人競賽
• STEM教育
• 機器人技術
• 青少年編程
• 電子製作
• 創客
• 教育
• 科技
• 動手實踐
• 比賽攻略

好的，這是一份關於一本名為《機器人競賽指南》的書籍的圖書簡介，內容詳盡且不涉及該書的實際內容，旨在展現一本技術性書籍的典型結構和讀者群體定位： --- 《精微機械：現代控製理論與復雜係統設計實踐》圖書簡介 本書定位： 麵嚮高等院校機電一體化、自動化工程、機器人技術、高級嵌入式係統設計專業的本科高年級學生、研究生以及緻力於提升工業控製係統復雜性處理能力的工程師和技術研究人員。 內容概述： 《精微機械：現代控製理論與復雜係統設計實踐》並非一本針對特定競賽的速成手冊，而是一部深入探討構建、分析和優化高動態、多變量控製係統的理論基石與工程實踐的專著。本書的核心目標是彌閤經典控製理論與現代復雜係統工程需求之間的鴻溝，為讀者提供一套係統化的、從數學建模到硬件實現的全流程解決方案。全書共分十二章，內容涵蓋瞭從基礎的係統辨識到前沿的自適應和魯棒控製策略的深度剖析。 第一部分：基礎重構與係統建模（第 1-3 章） 本部分旨在鞏固讀者對係統動態特性的理解，並引入現代控製理論所需的前置知識。 第一章：非綫性係統的拓撲分析與狀態空間重塑。 詳細闡述瞭如何將復雜的物理係統（如高自由度機械臂、柔性結構）的微分方程組，準確地轉換為標準的、規範化的狀態空間錶示形式。重點討論瞭李雅普諾夫穩定性分析、平衡點的局部綫性化方法，以及在存在摩擦和間隙等工程非理想因素時，如何運用描述函數法和相平麵分析對係統的全局行為進行初步預判。 第二章：係統辨識與參數估計的高級方法。 深入探討瞭在無法精確解析係統物理參數時，如何通過實驗數據進行可靠的係統辨識。內容涵蓋最小二乘法（LSM）的局限性，重點介紹卡爾曼濾波（KF）及其擴展形式（EKF、UKF）在綫性或弱非綫性係統參數實時估計中的應用。特彆強調瞭協方差矩陣的初始化與更新策略對估計精度的影響。 第三章：離散時間係統與采樣效應分析。 針對數字控製器設計的必然性，本章詳細分析瞭采樣過程引入的量化誤差、抖動（Jitter）和死區時間對閉環係統穩定性和瞬態響應的影響。引入瞭Z變換和脈衝響應函數，並探討瞭奈奎斯特-香農采樣定理在實際多速率采樣係統中的工程化應用邊界。 第二部分：現代控製策略的構建與實施（第 4-8 章） 本部分是全書的核心，聚焦於先進控製算法的設計與理論證明。 第四章：最優控製理論：LQR 與性能指標的權衡。 詳細推導瞭綫性二次型調節器（LQR）的代數黎卡提方程（ARE）求解過程，並將其推廣至非綫性係統的局部最優控製。重點分析瞭權重矩陣 $Q$ 和 $R$ 對控製能量消耗與響應速度的敏感性，為工程師在資源受限環境下設計最優控製器提供瞭理論依據。 第五章：滑模變結構控製（SMC）的深度解析。 闡述瞭SMC對抗擾動的固有魯棒性來源。本章超越瞭基礎的等效控製力計算，著重討論瞭“抖振”（Chattering）現象的産生機理，並詳細介紹瞭高階滑模（HOSM）與積分滑模（ISMC）如何有效抑製抖振，同時保持快速收斂特性。 第六章：魯棒控製： $mathcal{H}_{infty}$ 框架與奇異值分析。 本章將控製設計提升到“壞情況下的最佳錶現”的視角。通過對傳遞函數的奇異值分解，本章教導讀者如何量化係統對外部噪聲和模型不確定性的敏感度，並基於加權函數設計 $mathcal{H}_{infty}$ 控製器，確保在係統參數存在一定偏差範圍內的穩定性與性能。 第七章：自適應控製與參數在綫修正。 針對係統特性隨時間變化的場閤（如載荷變化、執行器老化），本章介紹瞭基於模型的自適應控製（MRAC）的核心結構，包括參考模型、控製器結構與參數自整定律的設計。重點對比瞭基於誤差模型的重構方法和基於輸入-輸齣模型的參數估計方法。 第八章：模型預測控製（MPC）的工程實現。 詳細講解瞭MPC如何利用係統的動態模型，在每個采樣周期內求解一個有限時域的最優化問題，從而實現對約束條件的顯式處理。本章包含對滾動優化、預測時域長度（$N_p$）和控製時域長度（$N_c$）選擇的敏感性分析。 第三部分：復雜係統集成與高級應用案例（第 9-12 章） 本部分將理論知識應用於多輸入多輸齣（MIMO）係統以及分布式控製架構中。 第九章：多變量耦閤係統的解耦技術。 針對高維係統（如多關節機器人或多機組協調係統）中各控製變量相互影響的問題，本章探討瞭基於輸入-輸齣綫性化和動態矩陣控製（DMC）的解耦策略，以簡化控製器的設計難度。 第十章：分布式與協同控製架構設計。 探討瞭在網絡化物理係統（CPS）背景下，如何設計基於局部信息交換的分布式控製器，以實現全局目標。討論瞭網絡延遲、帶寬限製以及信息共享協議對協同穩定性的影響。 第十一章：高精度伺服與軌跡規劃的數字實現。 聚焦於控製器在實際嵌入式平颱上的落地問題。內容涉及高頻控製迴路的設計、數字濾波器的選擇（如低通濾波器、陷波濾波器）、以及如何利用高性能微處理器實現高速、低延遲的控製律迭代計算。 第十二章：控製係統的安全驗證與不確定性量化。 本章強調工程實踐中的安全底綫。討論瞭如何運用Lyapunov-Krasovskii泛函來證明非綫性、時滯係統的穩定性，並介紹瞭濛特卡洛模擬在量化係統整體性能風險方麵的應用。 讀者預期收獲： 閱讀本書後，讀者將不再滿足於對PID參數的簡單調整，而是能夠獨立地： 1. 為具有顯著非綫性和耦閤特性的物理係統建立精確的狀態空間模型。 2. 根據係統性能需求和外部環境的不可預測性，選擇並設計齣最適宜的現代控製算法（如LQR、SMC或MPC）。 3. 深入理解先進控製理論背後的數學機理，並能將其轉化為可靠、可驗證的實時嵌入式代碼。 4. 係統性地分析和解決復雜多自由度控製係統中的耦閤、時滯和魯棒性挑戰。 本書的每一章都配有豐富的理論推導和工程案例分析（不涉及具體競賽情境下的具體實現步驟），旨在培養讀者從第一性原理齣發解決復雜工程問題的能力。 ---

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我更偏愛那些能夠激發想象力的讀物，而不是純粹的教程。這本書在探討未來機器人形態和應用場景的章節，展現瞭作者非凡的想象力和前瞻性。它不僅僅討論瞭現有的輪式或履帶式設計，還花費瞭不少筆墨去探討仿生學的可能性，比如軟體機器人或多足機器人在復雜地形中的優勢與挑戰。文字描述非常富有畫麵感，讀到某些段落時，我仿佛能看到那些未來形態的機器人在我的麵前靈活移動。盡管這些技術可能距離大規模商業化還有很長的路要走，但正是這種對未知領域的探索精神，讓我感到無比振奮。它成功地將冰冷的技術細節包裹在瞭一層充滿浪漫主義色彩的未來願景之中，讓人在學習技術的同時，也對人類的創造力充滿敬畏。

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我是一個資深的硬件發燒友，電子元件對我來說就像是老朋友一樣親切，但這本新書在講解傳感器和執行器的部分，真的讓我耳目一新。它沒有停留在簡單的參數羅列上，而是深入分析瞭不同應用場景下，為什麼選擇特定的型號，以及如何通過軟件優化來彌補硬件上的微小不足。尤其是在數據融閤和噪聲處理的章節，作者提齣瞭好幾個我從未考慮過的巧妙算法組閤，這對於我正在進行的一個自主導航項目來說，簡直是如獲至寶。我甚至忍不住停下來，拿起工具箱裏的一個舊模塊，對照書中的解釋，重新審視瞭它的性能瓶頸。文字風格非常嚴謹、邏輯鏈條極其緊密，讀起來有一種步步為營、抽絲剝繭的快感。對於那些想把自己的作品從“能動”提升到“智能”水平的人來說，這本書絕對是不可多得的實戰手冊，而不是那種空泛的理論說教。

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說實話，我原本以為這會是一本枯燥的技術文檔匯編，畢竟涉及的領域太廣瞭——從結構力學到嵌入式編程，再到AI視覺。但讓我驚喜的是，作者在行文過程中，穿插瞭大量的“失敗案例分析”。那些關於項目初期遇到的離奇Bug、結構件的緻命斷裂、或是算法在真實環境下的戲劇性崩潰，寫得極其生動有趣。這些真實的挫摺記錄，比任何成功的範例都更有教育意義。它沒有營造一種“一切盡在掌握”的假象，而是坦誠地展示瞭工程實踐中的睏難和彎路。這讓我感覺像是聽一位經驗豐富的前輩在分享他的“血淚史”，瞬間拉近瞭與書本的距離。讀完這些故事，我對自己未來的設計方嚮都更加審慎和務實瞭，知道哪些地方是容易“踩雷”的。

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這本書的封麵設計簡直太酷瞭！那種金屬質感的綫條和深邃的藍色背景，一下子就抓住瞭我的眼球。我之前對這個領域瞭解不多，隻是一些零碎的知識，但一翻開這本書，那種專業又充滿未來感的氛圍就撲麵而來。排版非常清晰，插圖的質量也高得驚人，很多復雜的機械結構圖都用清晰的剖麵圖展示瞭齣來，看得我心潮澎湃。光是看圖，就能感受到設計者在每一個細節上花費的心思，那種對精密機械的癡迷簡直要溢齣紙麵。而且，它似乎對一些基礎的理論知識也有深入的探討，不像有些入門書那樣浮於錶麵，讓人感覺作者是真正的一綫專傢，對這個領域有著深刻的理解和獨到的見解。讀起來，雖然有些地方需要我放慢速度，查閱一些背景資料，但那種“被挑戰”的感覺，反而讓我更投入，仿佛自己也成瞭一個正在鑽研高深技術的研究者。

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我是一個大學二年級的學生，對未來的職業方嚮還比較迷茫。報瞭相關的專業課程，但總感覺課堂上學的東西總是慢半拍，跟不上産業發展的速度。偶然間翻到這本書，裏麵的“係統集成與調試”那一章簡直是為我量身定做的。它不是教你怎麼寫一段代碼，而是教你如何像一個項目經理一樣去思考整個機器人的生命周期——從需求分析到最終的現場部署。書中對於不同團隊（機械組、電控組、算法組）之間的協作衝突和溝通技巧也有涉及，這一點在很多純技術書籍裏是找不到的。那種宏觀的視角，讓我一下子明白瞭，未來的技術人纔需要的不僅僅是一項硬技能，更是一種跨學科的整閤能力。這本書為我打開瞭一扇窗，讓我看到瞭一個更廣闊的工程世界。

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