实用运动控制技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:丛爽

出品人:

页数:329

译者:

出版时间:2006-1-1

价格:29.80元

装帧:简裝本

isbn号码:9787121020452

丛书系列:

图书标签:

• 运动控制
• 自动化
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• 嵌入式系统
• 自动化
• 机器人
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• 工业控制

《深入浅出：现代数字信号处理原理与应用》 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且高度实用的现代数字信号处理（DSP）知识体系。不同于侧重于特定硬件平台或高度理论化的教材，本书的重心在于阐明DSP的核心概念、数学基础以及在实际工程领域中的关键应用方法。它面向的读者群体涵盖了电子信息工程、通信、自动化、计算机科学以及相关交叉学科的工程师、研究人员和高年级本科生。 第一部分：基础理论的坚实奠基 本书的第一部分着力于构建坚实的理论基础，确保读者对信号处理的数学语言有清晰的理解。 第一章：连续时间信号与离散时间信号的本质区别 本章首先从物理世界中信号的连续性出发，引入采样定理——香农-奈奎斯特定理的深刻意义及其在数字化过程中的核心地位。我们将详细讨论理想采样、零阶保持（ZOH）和一阶保持（FOH）的重建过程，分析其引入的频谱混叠和失真问题。同时，介绍信号的周期延拓与频谱的周期性，为后续的傅里叶分析打下基础。 第二章：离散时间系统的分析框架 本章聚焦于描述离散时间系统（LTI系统）的核心工具。我们引入差分方程作为系统行为的数学模型，并详细阐述了系统的时域分析方法，包括系统的因果性、稳定性判据（如李雅普诺夫稳定性概念的初步引入）。随后，深入讲解了Z变换。Z变换不仅是傅里叶变换在离散域的推广，更是系统分析的强大代数工具。我们详细推导了Z变换的收敛域（ROC）概念，并展示如何利用ROC来区分因果、非因果、稳定和不稳定系统。冲激响应和阶跃响应的计算方法被置于核心地位。 第三章：离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT） 本章是连接时域与频域的关键桥梁。我们从周期序列的离散傅里叶级数（DFS）过渡到有限长序列的离散傅里叶变换（DFT）。本书详细剖析了DFT的计算复杂性，并引入快速傅里叶变换（FFT）算法——特别是经典的蝶形运算和不同分解方法（如基-2 DIT和基-2 DIF）。实际应用中，窗口函数对DFT性能的影响至关重要，本章将详述矩形窗、汉宁窗、汉明窗等常见窗函数对频谱泄露的抑制效果及其在不同应用场景下的选择原则。 第二部分：数字滤波器设计与实现 数字滤波器是信号处理的基石，本部分将详尽介绍IIR和FIR两种主流滤波器类型的理论基础、设计流程和实践考量。 第四章：有限脉冲响应（FIR）滤波器设计 FIR滤波器以其固有的线性相位特性，在对群延迟要求严格的场合（如通信、高精度测量）具有不可替代的优势。本章首先讲解窗函数法的设计流程，包括如何根据期望的过渡带宽和阻带衰减量来选择合适的窗函数。随后，深入探讨频率采样法和更为精确的等波纹法（Parks-McClellan算法），通过实例演示如何优化滤波器的阶数和幅度响应。 第五章：无限脉冲响应（IIR）滤波器设计 IIR滤波器因其在低阶数下能实现陡峭的幅频特性，成为追求计算效率时的首选。本章从连续时间滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫I型和II型、椭圆滤波器）的经典设计入手，详细阐述了从模拟域到数字域的双线性变换法（BLT），这是IIR设计中最常用的映射技术。我们将深入分析BLT引入的频率压缩效应，并展示如何进行预畸变处理以确保数字滤波器性能的准确性。 第六章：滤波器实现与量化效应分析 滤波器设计完成后，如何高效且准确地实现是工程实践的重点。本章对比了直接形式、级联形式和并联形式的直接实现结构，并分析了它们在计算复杂度、稳定性和对有限字长效应敏感度方面的差异。尤其重要的是，本章对量化误差进行了深入的探讨，包括系数量化误差和信号量化误差，这对于嵌入式系统和定点DSP的开发至关重要。 第三部分：高级主题与实际应用 本部分将理论知识应用于更复杂的信号处理任务，展示DSP在现代工程系统中的前沿应用。 第七章：多速率信号处理与抽取滤波器 多速率系统是提高DSP效率的有效手段，广泛应用于音频压缩和软件定义无线电（SDR）。本章核心讲解采样率的改变：上采样（插值）和下采样（抽取）。详细介绍抽取滤波器和插值滤波器的设计与级联，并重点阐述了单相分解结构在实现高效变采样率算法中的作用。 第八章：自适应滤波器的原理与应用 自适应滤波器是DSP领域的一大亮点，其能够根据输入信号的统计特性自动调整自身参数。本章着重讲解维纳滤波器的理论基础，并详细推导和分析最常用的最小均方（LMS）算法及其各种改进版本（如归一化LMS）。通过丰富的案例，包括回声消除、噪声消除和信道均衡，展示自适应滤波器在动态环境中的强大能力。 第九章：谱估计方法综述 谱分析是理解信号内在频率结构的关键。本章系统地介绍了经典谱估计方法（如周期图法及其局限性），并深入讲解参数化方法（如AR/MA/ARMA模型）和子空间法（如MUSIC算法和ESPRIT算法）的数学原理和计算优势。我们分析了不同方法在分辨率、方差和计算负荷之间的权衡。 第十章：面向工程实现的优化策略 本章是连接理论与实践的收官之章。它不涉及新的理论，而是专注于如何将DSP算法高效地固化到硬件或软件中。内容包括定点运算的溢出检测与饱和处理、流水线化对FFT性能的提升、循环冗余校验（CRC）在数据完整性中的应用，以及使用FPGA或专用DSP芯片时，如何进行并行化和资源优化。 通过对上述十大核心主题的系统梳理与深入剖析，本书力求让读者不仅掌握“如何做”（算法实现），更理解“为什么”（背后的数学机理），从而能够灵活应对复杂的工程挑战。本书的每一章节都配有大量的例题、仿真验证和实际数据分析，确保理论学习能直接转化为解决实际问题的能力。

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拿到这本书的时候，我其实是抱着一种非常功利的心态去看的，想着赶紧学点皮毛，好应付手头上的项目。翻开目录，第一眼就被那些复杂的公式和算法吓到了，心想这可不是我一个初学者能啃下来的骨头。然而，作者的叙述方式却出奇地友好，他并没有直接把我们扔进数学的海洋，而是先用大量的实际案例来勾勒出运动控制的蓝图。比如，他分析了工业机器人关节的平滑启动与停止，不是上来就讲李雅普诺夫稳定性理论，而是先展示了不加处理时抖动的机械臂和经过精心设计的轨迹规划后平稳运行的效果。这种“先看结果，再探原理”的结构，极大地激发了我的兴趣。我开始意识到，运动控制远不止是简单的PID调节，它背后是一整套精密的数学模型和工程智慧的结晶。特别是关于限位开关和急停逻辑的处理，作者的描述细致入微，把安全性和可靠性放在了极其重要的位置，这对于任何一个做实际项目的人来说，都是宝贵的经验。这本书的图示也非常精良，很多抽象的概念，比如坐标系的转换和插补算法的执行过程，配上直观的示意图，一下子就清晰明了许多。

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从工程实践的角度来看，这本书的价值主要体现在其对“鲁棒性”的强调上。现在的自动化设备面临的环境越来越复杂，外部干扰、传感器噪声、执行器老化等问题层出不穷。这本书对于如何设计出能够抵抗这些不确定性的控制器，提供了非常扎实的理论支撑和丰富的工程案例。我印象最深的是关于抗干扰的章节，书中详细阐述了如何利用滤波器来去除高频噪声，同时又不显著影响系统的动态响应速度。这绝对不是教科书上那种蜻蜓点水式的介绍，而是给出了具体的数字滤波器设计公式和在不同采样率下的性能对比图表。更难能可贵的是，作者还讨论了嵌入式系统实现中的量化误差和计算延迟对控制性能的影响，这使得这本书的指导性大大增强，让我们这些习惯了在微控制器上工作的工程师感到非常亲切。它真正做到了连接理论的严谨性和现场调试的复杂性。

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这本书的深度和广度都超出了我的预期，尤其是它对高级控制策略的讲解，简直是打开了我对现代运动控制认知的新大门。我过去总以为，伺服驱动器里的向量控制就是极限了，但这本书深入探讨了更深层次的优化问题。比如，在讲解如何实现最优能耗的轨迹规划时，书中不仅提到了耗散函数的构建，还涉及到了一些非线性规划的求解思路。虽然这部分内容对读者的数学基础要求较高，但作者的讲解逻辑清晰，总能让人大致领会到其核心思想——即如何用数学语言来描述和优化“更省力、更快速”的运动过程。我感觉自己仿佛上了一堂跨越了传统控制学科界限的研究生课程，它不再仅仅关注“如何让它动起来”，而是聚焦于“如何让它以最优的方式动起来”。对于那些希望从“会用”进阶到“精通”的工程师来说，这本书是不可或缺的进阶读物。

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这本书给我的感觉，更像是一本经过时间沉淀的“武功秘籍”，而不是那种快餐式的技术手册。我特别欣赏作者在探讨系统辨识和参数整定时所采取的辩证态度。他没有宣扬某一种方法是万能的“银弹”，而是深入剖析了不同工况下各种方法的优缺点。例如，在处理高精度伺服系统时，传统的Ziegler-Nichols整定法显得力不从心，作者随后引入了自适应控制和基于模型的预测控制（MPC）的思想。虽然MPC的数学推导部分相当烧脑，但作者巧妙地将理论与具体应用场景——比如高速冲床的动态补偿——结合起来，让我能更好地理解为什么需要这么复杂的数学工具。阅读过程中，我常常停下来思考，为什么我的设备在负载变化时总是表现出不一致的响应？这本书仿佛在我面前展开了一张工业控制的宏伟地图，让我看到了那些隐藏在代码和硬件背后的物理规律。它教会我，优秀的控制系统设计，核心在于对被控对象物理特性的深刻洞察，而不是盲目地堆砌先进的算法。

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与其他侧重于某一特定平台或软件的书籍不同，这本书的优势在于其高度的通用性和原理的普适性。它没有过多地依赖于某一家公司的产品库或特定的编程语言语法，而是聚焦于运动控制领域中那些永恒不变的核心原理和方法论。我发现，当我理解了书中关于力矩反馈和位置反馈的耦合关系后，我再去阅读任何新的伺服系统手册时，都能迅速抓住其设计的核心思想。这本书的结构安排非常注重知识的递进关系，从基础的电机特性描述，到伺服环的构建，再到多轴协调运动的插补算法，每一步都搭建得非常稳固。它不仅告诉我“是什么”，更重要的是教会了我“为什么是这样”，以及在实际工程受限时“该如何变通”。这本书真正培养了读者的“控制直觉”和系统分析能力，这种能力是任何速成指南都无法替代的宝贵财富。

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可细细读来，有一些比较的实例

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