惯性技术-控制科学与工程

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出版者:第1版 (2006年4月1日)
作者:邓正隆
出品人:
页数:223
译者:
出版时间:2006-4
价格:26.0
装帧:平装
isbn号码:9787560322445
丛书系列:
图书标签:
  • 航空
  • 惯性技术
  • 控制科学
  • 工程应用
  • 导航系统
  • 姿态控制
  • 传感器技术
  • 动态响应
  • 反馈控制
  • 航天工程
  • 自动驾驶
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具体描述

本书从系统设计和应用的角度阐述了惯性技术的主要内容和惯性导航的工作原理。全书共分九章,分别介绍了惯性导航的基本工作原理及分类、惯性导航系统的主要敏感元件、新型角速度敏感器、惯性导航系统平台、惯性导航系统分析、捷联式惯性导航系统基本算法及其误差传播特性、惯性导航系统的初始对准、组合式惯性导航系统等。本书可供大专院校自动化及导航类专业师生选用。

《惯性技术:控制科学与工程》 是一部深刻探讨惯性测量单元(IMU)、惯性导航系统(INS)及其在现代控制科学与工程领域应用的高级参考书。本书聚焦于惯性技术的理论基础、关键组成部分、设计原理、性能分析以及在复杂工程系统中的集成与优化。 核心内容概览: 1. 惯性传感器的原理与设计: 陀螺仪技术: 详细介绍了不同类型的陀螺仪,包括机械陀螺(如充气陀螺、万向架陀螺)和固体陀螺(如环形激光陀螺(RLG)、光纤陀螺(FOG)、微机电系统(MEMS)陀螺)。本书将深入剖析其工作机理、误差模型(如零偏、比例因子误差、轴交联、随机游走等)、精度等级及其在不同应用场景下的选择标准。 加速度计技术: 涵盖了压电式、压阻式、电容式、微机电系统(MEMS)加速度计等多种主流加速度计的工作原理。重点阐述了其误差特性(如零偏、比例因子、倾斜输出、震动耦合等),以及高精度加速度计的标定和补偿方法。 磁力计(可选): 对于某些将磁力计作为辅助传感器的惯性系统,本书也会介绍其在测量地磁场方向上的作用,以及与惯性数据的融合以提供绝对定向信息。 2. 惯性导航系统(INS)的理论与实现: 运动学与动力学基础: 详细推导了惯性导航方程,包括在不同参考系(如导航坐标系、平台坐标系、地球坐标系)下的位置、速度和姿态更新方程。 导航算法: 深入探讨了各种导航滤波算法,如卡尔曼滤波(KF)、扩展卡尔曼滤波(EKF)、无迹卡尔曼滤波(UKF)以及粒子滤波(PF)。重点在于如何构建精确的系统模型和观测模型,以及如何处理非线性和过程噪声,实现高精度的状态估计。 误差传播与补偿: 分析了惯性器件误差如何随时间累积并影响导航精度,以及采用何种策略(如内环/外环结构、对准技术)来抑制误差增长,提高导航系统的长期稳定性和精度。 3. 对准技术: 初始对准: 详细阐述了INS的初始对准过程,包括平台对准(倾斜和方位)和平台独立对准。分析了各种对准方法的精度、速度和适用性,例如: 短周期对准: 利用短时间内的重力加速度和地球自转信息进行快速定位。 长周期对准: 通过长时间的观测和滤波来逐步提高精度。 地理对准: 利用已知地理位置信息辅助对准。 在线对准: 讨论了在INS工作过程中保持或恢复对准精度的技术。 4. 惯性技术的应用与集成: 航天航空领域: 在飞机、导弹、卫星、无人机(UAV)等平台上的姿态确定、导航制导和控制。 汽车工业: 车辆的自主导航、辅助驾驶系统(ADAS)、电子稳定控制(ESC)等。 机器人技术: 机器人定位与建图(SLAM)、运动控制、姿态感知等。 海洋工程: 水下航行器、船舶导航、水下目标跟踪。 工业自动化: 精密测量、设备监测、运动补偿。 智能穿戴设备与人机交互: 运动捕捉、姿态追踪。 5. 先进主题与前沿研究: 传感器融合: 结合GPS、视觉传感器(VSLAM)、激光雷达(LiDAR)、轮速计等其他传感器,提高惯性系统的整体性能和鲁棒性。 MEMS惯性技术: 重点关注MEMS惯性器件的发展趋势、制造工艺、性能提升以及其在小型化、低成本应用中的潜力。 新颖的惯性测量原理: 探讨潜在的下一代惯性测量技术,如原子干涉仪、原子陀螺等。 系统级设计与优化: 涵盖惯性系统的整体设计考虑,包括硬件选型、软件架构、性能验证和环境适应性。 本书旨在为控制工程师、导航专家、系统集成商以及相关领域的研究人员提供一个全面而深入的视角,帮助他们理解惯性技术的精髓,掌握核心算法,并将其有效应用于各种复杂工程挑战中。通过详实的理论推导、严谨的分析和丰富的工程案例,读者将能够掌握构建和优化高性能惯性系统的关键知识和技能。

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目录信息

读后感

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用户评价

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拿到这本书,我脑海中立刻浮现出各种精密机械和智能设备。书名“惯性技术-控制科学与工程”完美地捕捉了我对工程领域的一大兴趣点:如何利用物体本身的物理特性来构建更智能、更可靠的系统。我理解,“惯性”是物体抵抗运动状态改变的内在属性,而“控制科学与工程”则代表着我们人类如何运用智慧和科学方法来驾驭这种属性。“惯性技术”听起来就像是魔法,能够让物体在没有外部参照的情况下,依然能够知道自己的位置和方向。我期待书中能够详细介绍惯性传感器,比如MEMS陀螺仪和加速度计的工作原理,以及它们是如何在微观层面捕捉运动信息的。更重要的是,我希望这本书能够深入探讨如何利用这些传感器的数据,通过先进的控制算法,来实现精确的导航、定位和姿态控制。例如,在无人机飞行过程中,如何通过惯性系统来补偿风力干扰,保持飞行稳定?在机器人手臂的运动中,如何利用惯性信息来优化轨迹,实现精准抓取?这本书的标题,让我感觉到它是一本能够连接物理世界与工程实现的桥梁,我渴望从中汲取知识,理解那些看不见的“惯性”是如何被巧妙地转化为可见的工程能力的。

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“惯性技术-控制科学与工程”这个书名,瞬间点燃了我对精密工程和自动化领域的好奇心。我一直认为,能够让物体在运动过程中保持稳定的技术,是现代科技的基石之一,而“惯性”无疑是理解和驾驭这种稳定的关键。这本书的书名,直接指向了利用惯性原理来解决工程问题的核心。我期待书中能够详细介绍惯性导航系统的理论基础,包括牛顿运动定律在惯性测量中的应用,以及如何利用陀螺仪和加速度计来计算物体的角速度和线性加速度。更让我着迷的是,我希望它能深入探讨如何通过复杂的数学模型和算法,将这些原始的传感器数据转化为有意义的导航信息,例如位置、速度和姿态。书中“控制科学与工程”的部分,也让我相信它会涵盖如何设计反馈控制器来补偿惯性系统的固有误差,以及如何提高系统的动态性能和鲁棒性。我想象着,这本书能够帮助我理解,例如,一枚导弹如何在飞行过程中保持其弹道,或者一个机器人如何在复杂的环境中实现自主避障和精准定位,这些看似神奇的能力背后,都离不开对惯性技术的深刻理解和巧妙运用。

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拿到这本书,我的第一感觉是它所涵盖的领域非常广阔,但又聚焦于“惯性技术”这个核心。从标题“控制科学与工程”来看,我预想这本书会为我系统地讲解惯性系统在现代工程中的应用,以及与之相关的控制理论。我对于“惯性”这个概念本身就有一定的理解,它描述的是物体抵抗运动状态改变的性质,但在工程应用中,如何利用和控制这种“惯性”却是一门高深的学问。这本书的书名让我联想到很多实际的场景,比如航天器在太空中的姿态控制,无人机在复杂气流中的稳定飞行,以及高性能汽车在紧急避险时的动态响应。这些都离不开对惯性力和惯性系的精准计算和控制。我想象着书中会详细阐述惯性导航系统(INS)的工作原理,包括陀螺仪和加速度计如何测量运动状态,以及如何通过算法补偿各种误差。同时,作为“控制科学与工程”的一部分,我期待它能够深入探讨反馈控制、鲁棒控制等理论在惯性系统设计中的应用,以及如何通过优化算法来提高系统的精度和稳定性。这本书的体量看起来也不小,这让我相信它会提供足够详实的内容,满足我对这一领域深入了解的渴望。我希望它能帮助我理解那些看似“神奇”的工程奇迹背后的科学原理。

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“惯性技术-控制科学与工程”这个书名,在我看来,是对一个至关重要的工程分支的高度概括。我一直认为,那些能够让事物在运动中保持稳定并按照预设轨迹运行的技术,是现代工程的基石。而“惯性”正是理解和驾驭这种稳定性的关键。这本书的书名,预示着它将深入探讨如何利用惯性原理,结合先进的控制理论,来设计和实现各种工程系统。我好奇书中是否会涉及到惯性导航系统(INS)的设计细节,包括传感器选择、误差建模和补偿策略。例如,一个能够抵御强震动和高加速度的惯性系统,需要怎样的设计才能保证其精度?“控制科学与工程”的字样,则让我期待书中能有关于系统辨识、控制器设计和系统仿真的内容。我希望能看到如何根据惯性数据的特性,设计出能够快速响应并有效抑制扰动的控制器。此外,我对书中可能包含的实际应用案例非常感兴趣,比如在航空航天、机器人、自动驾驶等领域,惯性技术是如何发挥关键作用的。这本书的标题,让我感觉到它是一本能够为我构建起一套完整工程认知框架的宝藏。

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这本书的标题,对我来说,就像是在揭示一项能够赋予物体“记忆”和“方向感”的工程秘密。“惯性技术”让我想到那些在没有外部信号的情况下,依然能精确知道自己在哪里的设备,而“控制科学与工程”则说明了实现这一目标所需的严谨的科学方法和工程实践。“惯性”这个词,本身就带有物体抵抗外界干扰、维持自身运动状态的属性,这在工程上是极其宝贵的。我猜想,这本书会详细介绍惯性测量单元(IMU)的硬件组成,比如如何通过微机电系统(MEMS)技术制造出高精度的陀螺仪和加速度计。更吸引我的是,我希望它能深入讲解如何在实际应用中,例如航空器或舰船的导航,利用这些惯性数据来构建一个独立自主的导航系统,即使在GPS信号不可用或被干扰的情况下,也能提供可靠的位置和姿态信息。“控制科学与工程”的组成部分,也让我期待书中会包含关于如何设计和实现能够补偿传感器漂移、噪声和环境影响的先进控制算法,从而确保系统的长期精度和稳定性。这本书的名字,让我感受到它是一扇通往精密工程世界的大门。

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这本书的书名,让我立刻联想到那些在复杂环境下依然能够保持精确运动的科技产品。我一直对“惯性”这个词所蕴含的物理意义有着浓厚的兴趣,它代表着物体本身固有的运动属性,而“控制科学与工程”则意味着对这种属性的智慧驾驭。这本书的标题,就如同一个精心设计的密码,暗示着它将揭示如何利用惯性原理来解决工程问题,并实现精确的控制。我猜想,书中会详细介绍惯性测量单元(IMU)的组成部分,例如陀螺仪和加速度计,它们如何协同工作来感知物体的角速度和线加速度。更重要的是,我期待它能深入探讨卡尔曼滤波等先进的状态估计技术,这些技术是如何在充满噪声和不确定性的测量数据中提取出可靠的惯性信息的。同时,“控制科学与工程”的部分,让我相信这本书会涵盖PID控制器、模型预测控制等经典的控制理论,以及它们如何被应用于惯性系统的动态补偿和轨迹跟踪。我希望这本书能提供一些关于传感器融合的见解,将惯性数据与其他传感器(如GPS、视觉传感器)结合,以实现更鲁棒和高精度的导航和定位。这本书给我一种感觉,它不仅能解答我的疑问,更能激发我进一步探索这一精密工程领域的兴趣。

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这本书的标题,“惯性技术-控制科学与工程”,直击了我内心深处对工程领域求知欲的痒点。我一直对那些能够让物体在运动中保持稳定,或者能够精准引导物体进行复杂运动的技术感到着迷。在我的认知里,“惯性”是物理世界的基本属性,而“控制科学与工程”则是人类智慧将这一属性加以利用和引导的艺术。这本书的名字,就如同一个信号,告诉我这里有关于如何理解、预测和操纵惯性力以达到特定工程目标的信息。我迫切地想知道,在现代科技如此发达的今天,惯性技术是如何被应用到各种前沿领域,比如高精度定位、自主导航、机器人学、甚至是更具未来感的太空探索。我脑海中浮现出无数的疑问:惯性传感器是如何工作的?它们在复杂的动态环境中如何保持准确性?控制系统又是如何根据惯性数据来调整执行器的动作,从而实现平稳高效的运动?这本书是否会提供一些关于算法设计的深度解析,以及在实际工程中遇到的挑战和解决方案?我期待它不仅仅是理论的堆砌,更希望能包含一些实际的案例研究,让我能看到这些抽象的科学概念是如何落地生根,最终转化为改变我们生活的实际技术的。

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这本书的书名吸引了我——“惯性技术-控制科学与工程”。这名字本身就蕴含着一种深邃的力量感,让人联想到那些能够引导物体或系统按照既定轨迹运行的精密设计。我一直对那些能够化解外界干扰、维持自身稳定状态的技术原理充满好奇,而“惯性”二字恰恰捕捉到了这种精髓。想象一下,在失控的环境中,一套精巧的惯性系统如何能够通过对运动状态的感知和反作用力,巧妙地将系统拉回到预期的轨道上,这其中的奥秘无疑是令人着迷的。控制科学与工程作为其理论基石,更是预示着这本书将深入探讨如何设计、分析和实现这些控制策略,将物理世界的惯性原理转化为可控的技术应用。我期待着它能够揭示那些隐藏在日常生活中的“惯性”现象,比如飞机如何在飞行中保持稳定,火箭如何在发射后精准导航,甚至更微观的领域,比如机器人如何在复杂的环境中灵活移动,都离不开对惯性力量的精确驾驭。这本书的名字,仿佛是一扇通往未知但充满吸引力的技术世界的门,我迫不及待地想踏入其中,去探索那些塑造我们现代生活的幕后英雄。我希望它能不仅仅停留在理论层面,更能触及到实际应用中的案例分析,让我能够更直观地理解这些复杂的控制原理是如何在现实世界中发挥作用的。

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从“惯性技术-控制科学与工程”这个书名,我立刻感知到了一门关于如何精确理解和驾驭物体运动的工程学科。我一直对那些能够让系统在复杂动态环境中保持其预定状态的技术充满敬意,而“惯性”正是理解这一过程的核心概念。这本书的书名,就像一张藏宝图,指向了如何将物理世界中的惯性原理,转化为可控、可设计的工程解决方案。我迫切想知道,书中是否会详细讲解惯性导航系统的关键组件,例如激光陀螺仪和石英挠性加速度计的工作原理,以及它们在不同应用场景下的优缺点。更重要的是,我期待它能深入探讨状态估计技术,如扩展卡尔曼滤波(EKF)或无迹卡尔曼滤波(UKF),是如何处理由惯性测量带来的高维度、非线性数据,并从中提取出最准确的运动信息。同时,“控制科学与工程”的承诺,让我相信这本书会涵盖如何设计有效的控制器来补偿惯性系统的固有误差,并实现精确的轨迹跟踪和姿态稳定。这本书的名字,给我一种感觉,它能够帮助我构建起一个完整的技术框架,理解那些能够让复杂系统“自主”运行的科学奥秘。

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这本书的标题,让我联想到那些能够让飞行器在空中保持稳定,让潜艇在深海中精准导航的背后技术。我一直对“惯性”这个概念在工程应用中的作用感到好奇,它似乎是一种内在的力量,能够帮助物体“记住”自己的运动状态。而“控制科学与工程”则进一步阐述了如何通过设计和优化来“引导”这种内在力量。“惯性技术”这个词组,让我脑海中涌现出惯性导航系统(INS)的形象,那些由高精度陀螺仪和加速度计组成的复杂装置。我猜想,这本书会详细介绍这些传感器的基本原理,以及它们如何测量物体的角速度和加速度。更吸引我的是,我期待它能深入探讨如何利用这些测量结果,通过强大的数学模型和控制算法,来推断出物体在三维空间中的位置、速度和姿态。例如,当GPS信号丢失时,惯性系统是如何独自支撑起导航任务的?“控制科学与工程”的加入,让我相信这本书会不仅仅停留在传感器层面,更会深入到系统集成、误差分析和性能优化等方面。我希望它能为我揭示那些隐藏在精密工程背后的智慧。

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