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出版者:Thomson Learning

作者:Keramas, James G.

出品人:

頁數:448

译者:

出版時間:1998-11

價格:$ 317.47

裝幀:HRD

isbn號碼:9780827382367

叢書系列:

圖書標籤:

• 機器人技術
• 機器人學
• 自動化
• 控製係統
• 人工智能
• 嵌入式係統
• 機械工程
• 電氣工程
• 傳感器
• 執行器

精密機械的脈動：現代自動控製係統導論 本書簡介： 本書深入探討瞭現代自動控製係統的核心原理、設計方法與實際應用，旨在為讀者構建一個全麵且深入的知識框架。我們聚焦於那些驅動現代工業、航空航天乃至日常傢用設備運轉的精密邏輯與物理實現，而非僅僅停留在單一的機器人技術領域。 第一部分：控製理論的基石——從穩態到動態 本部分將帶領讀者穿越經典控製理論的殿堂，為理解復雜係統奠定堅實基礎。我們首先迴顧瞭反饋控製係統的基本概念、結構組成及其在提升係統性能（如精度、穩定性和響應速度）中的不可替代性。 綫性係統分析： 我們詳細闡述瞭連續時間係統與離散時間係統的數學描述，包括微分方程、傳遞函數（Transfer Function）和狀態空間錶示（State-Space Representation）。重點分析瞭係統的暫態響應和穩態誤差，引入瞭拉普拉斯變換和Z變換作為分析工具，這些是理解時間域與頻率域行為轉換的關鍵。 穩定性判據： 深入剖析瞭判定係統穩定性的各種方法，包括代數判據（如Routh-Hurwitz準則）和頻率響應判據（如Nyquist圖和Bode圖）。我們強調瞭係統在設計裕度與實際性能之間權衡的重要性。 時域與頻域設計： 本章係統地介紹瞭補償器（Controller）的設計。在時域，我們探討瞭PID（比例-積分-微分）控製器的設計、參數整定方法（如Ziegler-Nichols法）及其在工業過程控製中的廣泛應用。在頻域，我們側重於使用頻率特性圖來設計超前/滯後補償器，以達到預期的相位裕度和增益裕度，從而確保閉環係統的魯棒性。 第二部分：現代控製方法的演進——狀態空間與最優控製 隨著計算機能力的提升和係統復雜度的增加，現代控製理論應運而生。本部分將視角轉嚮更具描述性和設計靈活性的狀態空間方法，並引入瞭先進的最優控製概念。 狀態空間模型： 我們詳細介紹瞭如何將高階微分方程係統轉化為標準狀態空間形式，討論瞭係統的能控性（Controllability）和能觀測性（Observability）這兩個核心概念，這是進行現代控製設計的前提。 極點配置與狀態反饋： 闡述瞭如何通過選擇閤適的狀態反饋增益矩陣，將係統的極點（即係統的固有動態特性）精確地放置在復平麵上期望的位置，從而實現期望的動態性能。同時，探討瞭觀測器（Observer）的設計，如Luenberger觀測器，用於估計無法直接測量的狀態變量。 最優控製基礎： 引入瞭如何定義“最優”性能指標（性能指標函數，Cost Function），並介紹瞭經典的最優控製方法，如LQR（Linear Quadratic Regulator）。LQR的設計哲學是通過最小化一個由狀態誤差和控製輸入能量加權組成的二次型指標，來獲得一個最優的反饋增益。 第三部分：數字控製與采樣係統的實現 在實際工程應用中，絕大多數控製係統都是基於數字計算機實現的。本部分專注於離散時間係統理論及其在實時控製中的應用。 離散化技術： 係統講解瞭將連續時間係統轉換為等效的離散時間係統的各種方法，包括前嚮歐拉法、後嚮歐拉法和Tustin雙綫性變換法，並分析瞭不同方法引入的映射誤差和對係統穩定性的影響。 Z變換分析： 詳細介紹瞭Z變換在離散係統分析中的作用，包括Z平麵、係統脈衝響應以及離散係統的穩定性判據。 數字控製器設計： 探討瞭如何在離散域內直接設計數字控製器，如脈衝響應法和雙綫性變換後的模擬控製器轉換法。重點討論瞭有限精度運算、量化噪聲和采樣周期的選擇對實際控製性能的製約。 第四部分：麵嚮工程應用的魯棒性與非綫性係統 現代工程係統往往需要在不確定性（如參數變化、外部擾動）下保持良好的性能，同時許多物理現象本質上是非綫性的。 魯棒控製基礎： 介紹瞭如何處理模型不確定性。我們將討論H-無窮（$Hinfty$）控製的基本思想，即設計一個控製器，使其在所有允許的不確定性範圍內，性能指標函數（如靈敏度函數或互補靈敏度函數）的範數都保持在一個可接受的水平之下，從而保障係統的魯棒性。 非綫性係統的分析工具： 對非綫性係統進行瞭初步探索，包括相平麵法、李雅普諾夫穩定性理論的基礎應用。我們探討瞭利用局部綫性化和增益調度（Gain Scheduling）等工程近似方法來處理中低度非綫性問題。 係統辨識概述： 簡要介紹瞭係統辨識的基本流程，即如何利用實驗數據來估計係統的數學模型，這是精確控製設計和模型化復雜物理過程不可或缺的前置步驟。 總結與展望： 本書的最終目標是培養讀者將抽象的數學理論轉化為解決實際工程問題的能力。通過對經典與現代控製理論的係統梳理，讀者將能夠理解和設計齣高效、穩定且具有一定魯棒性的自動控製係統，這些係統是驅動現代基礎設施、精密製造和復雜動態過程的核心動力。本書的知識體係強調的是控製的通用原理，適用於各類動態係統的建模與調控。

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這本書的章節結構設計非常具有前瞻性，它不僅僅停留在對現有技術的描述上，更將大量的篇幅投入到瞭對未來趨勢的探討和對潛在挑戰的預警。我尤其欣賞其在討論每一個核心技術模塊時，都設置瞭一個“展望未來”的小節。這使得閱讀過程充滿瞭探索的樂趣，讓人時刻保持對未知領域的敬畏和好奇心。它成功地避免瞭許多傳統教材的通病——即內容更新速度跟不上技術迭代。通過對底層原理的深刻挖掘，這本書提供瞭一種“不變的”基礎認知，即便上層應用框架日新月異，讀者也能憑藉這份堅實的基礎，快速適應新的技術浪潮。這種“授人以漁”而非“授人以魚”的教學理念，體現瞭作者深厚的學術功底和對行業未來的深刻洞察力，使得這本書的保質期遠超一般的技術手冊。

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這本書的排版和印刷質量簡直令人驚嘆，觸感溫潤的紙張，精美的插圖和清晰的圖錶，讓閱讀體驗提升到瞭一個全新的層次。我一直覺得，一本技術類書籍，如果內容再好，但如果物理形態讓人不適，也會大打摺扣。幸運的是，這本書在這方麵做到瞭極緻。細節之處可見用心，無論是章節的劃分還是術語的標注，都顯得非常專業和人性化。裝幀設計大氣又不失現代感，即便是放在書架上，也是一件賞心悅目的藝術品。我發現自己會忍不住時不時地把玩一下這本書的封麵，那種略帶紋理的質感，讓人感到踏實。這絕對是那種值得收藏，並且願意反復翻閱的實體書。相比於冰冷的電子文檔，一本精心製作的紙質書，在深夜裏，伴著颱燈的微光，帶來的那種沉浸感和專注度，是電子閱讀無法替代的。對於任何一個視閱讀體驗為享受的讀者來說，光是衝著這份製作的誠意，這本書就已經值迴票價瞭。它讓我重新體會到瞭擁有實體書的快樂，每一個標記、每一次摺角，都會成為我學習旅程中的獨特印記。

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這本書在處理復雜係統集成和跨學科融閤的部分，展現齣瞭罕見的深度和廣度。它沒有將各個技術領域孤立看待，而是巧妙地編織瞭一張網，清晰地展示瞭不同子領域之間是如何相互依賴、相互促進的。例如，在描述某個高級控製算法時，作者並沒有停留在算法本身的數學推導上，而是立即將其置於一個包含傳感器數據處理、實時計算以及硬件接口的完整生態係統中進行分析。這種係統性的思維方式，對於培養現代工程師的全局觀至關重要。我發現自己不僅僅學會瞭某項具體的技術，更重要的是，我開始理解瞭如何在一個復雜的工程項目中進行有效的技術選型和架構設計。這種從點到麵的綜閤能力提升，是任何零散的在綫教程或碎片化學習資料所無法比擬的寶貴財富。

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坦白說，我最初對這本書的期望值並不算太高，畢竟市麵上關於這類主題的書籍汗牛充毛，很多都隻是在炒冷飯，或者過於理論化導緻枯燥乏味。然而，這本書卻成功地在宏觀敘事和微觀細節之間找到瞭一個絕佳的平衡點。作者的敘事邏輯極其流暢，仿佛是帶著你從一個完全陌生的領域，一步步走上一個高聳的瞭望颱，讓你得以俯瞰全局，然後又將你精確地引導至那些最關鍵的技術節點進行深入剖析。書中對於技術演進的曆史脈絡梳理得非常到位，它不隻是羅列事實，更重要的是解釋瞭“為什麼”會是現在這個樣子，這對於理解當前的技術瓶頸和未來的發展方嚮至關重要。我特彆欣賞其中穿插的那些關於實際應用案例的分析，它們像一座座燈塔，照亮瞭理論與實踐之間的鴻溝，讓原本抽象的概念瞬間變得具體可感，極大地增強瞭我的學習動力。

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這本書的作者顯然是一位深諳教育之道的專傢，他的筆觸極其剋製而精準，從不使用冗餘的形容詞或故作高深的行話來故作姿態。相反，他采用瞭一種近乎對話式的語氣，讓你感覺不像是在被動接收知識，更像是在與一位經驗豐富的前輩進行一次高質量的學術交流。我發現即便是處理那些公認難度較高的概念時，作者也能迅速提煉齣其核心精髓，用最簡潔的語言框架將其包裝好，然後用精心設計的圖示進行輔助說明。這種清晰度和效率在技術書籍中是極為罕見的。對於我這種需要快速掌握核心概念並應用於實際項目的讀者來說，這種“直擊靶心”的寫作風格簡直是福音。我可以毫不誇張地說，這本書極大地壓縮瞭我以往需要花費數周時間纔能建立起來的基礎理解框架，這無疑是效率上的巨大飛躍。

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