具体描述
《电气控制与PLC综合应用技术》根据高职高专教学改革的精神，紧密结合当前社会对机电类人才技能结构的要求，以国内目前使用最多的西门子S7-200系列小型PLC为主要对象，详细介绍了PLC、触摸屏和变频器在电气控制方面的综合应用技术。《电气控制与PLC综合应用技术》既着重于讲述PLC、触摸屏和变频器在电气控制中的基本应用知识和基本操作技能，又结合生产实际介绍其综合应用技术，采用“边学边做”的教学方法，可以使读者较快掌握书中内容。《电气控制与PLC综合应用技术》可作为高职高专院校机电、工业自动化、电气等相关专业的教材，也可供从事机电、电气等行业的工程技术人员参考使用。
好的，这里为您构思了一份关于《电气控制与PLC综合应用技术》的图书简介，内容力求详实，不包含该书本身的内容，且避免任何AI写作痕迹。 --- 图书简介：现代工业自动化与智能制造前沿技术解析 导论：工业智能化的核心驱动力 随着全球制造业向工业4.0的迈进，自动化、智能化已成为衡量一个国家工业核心竞争力的关键指标。在这一宏大背景下，如何有效融合传统电力电子技术、传感器技术与现代信息控制系统，构建高效、可靠、柔性的生产线，成为了工程技术人员面临的重大课题。本书聚焦于这一前沿领域，深入剖析支撑现代工业控制体系的几大关键技术分支，旨在为读者提供一个全面、系统且富有实践指导意义的技术全景图。 本书的撰写遵循“理论指导实践，实践反哺理论”的宗旨，力求在理论深度与工程应用广度之间找到最佳平衡点。我们摒弃了单纯的理论堆砌，而是将核心概念置于具体的工业场景中进行阐述，使读者能够清晰地理解技术背定的物理意义和工程价值。 --- 第一部分：先进电力电子技术与驱动系统精要 本部分着重探讨了现代工业能源转换与运动控制的基础——电力电子技术。我们首先回顾了半导体器件在功率变换中的核心地位，详细分析了IGBT、MOSFET等关键器件的特性、选型原则及其在不同拓扑结构中的应用。 高频开关电源设计与应用： 深入讲解了开关型电源（SMPS）的原理，包括电流型和电压型控制策略。重点剖析了LLC谐振变换器在追求高效率和高功率密度方面的优势，并结合实际案例探讨了在精密仪器电源中的应用挑战与优化方法。 现代电机驱动系统架构： 详细阐述了交流和直流电机驱动的演进过程。对于交流调速系统，本书重点解析了矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）和直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）的数学模型、实现流程及在伺服驱动中的性能差异。此外，对于永磁同步电机（PMSM）的精确驱动，我们提供了基于高分辨率编码器反馈的控制算法的详细推导与仿真验证。 电能质量与谐波治理： 随着大功率电力电子设备广泛应用，电能质量问题日益突出。本部分系统介绍了电网谐波的产生机理、危害评估标准，并详细对比了无源滤波器（APF）、有源滤波器（APF）以及混合滤波技术的工程实现细节、控制策略及经济性分析。 --- 第二部分：工业传感、测量与现场总线网络构建 精确的感知是有效控制的前提。本部分聚焦于如何获取高质量的现场数据，并将其可靠地传输至控制核心。 精密传感技术与信号调理： 系统梳理了工业环境中的主流传感器类型，包括但不限于电涡流传感器、激光位移传感器、高精度压力变送器及基于光纤技术的测量方案。特别强调了噪声抑制、线性化处理和抗干扰设计在恶劣工业环境下的重要性。对于传感器信号的数字化，本书详细介绍了模数转换（ADC）的关键参数选择和采样定理在工业数据采集中的实际应用。 工业网络架构与通信协议： 现代工厂的神经系统依赖于稳定、高速的现场总线。本部分全面对比了EtherCAT、PROFINET IO、CANopen等主流实时以太网和现场总线技术。我们不仅仅停留在协议的表面介绍，而是深入探讨了它们在时间同步（如TSN技术）、数据帧结构、网络拓扑设计以及故障诊断机制上的工程差异。如何实现跨协议的互操作性，构建真正意义上的信息物理系统（CPS），是本章的重点探讨方向。 工业物联网（IIoT）的边缘计算接入： 探讨了如何将传统控制网络与云端数据平台进行安全、高效的连接。关注MQTT、OPC UA等协议在工业边缘设备上的部署模型，以及如何利用边缘计算能力对海量传感器数据进行预处理和实时分析，以支撑预测性维护（PdM）的应用场景。 --- 第三部分：先进控制理论在复杂系统中的应用 本部分超越了基础的PID控制，深入探讨了适用于高动态、强耦合系统的现代控制方法。 模型预测控制（MPC）原理与实践： MPC作为一种前瞻性控制策略，在过程控制和复杂机械臂控制中展现出巨大潜力。本书详细分解了MPC的构建步骤：系统辨识、建立预测模型、求解优化问题（包括约束处理）以及实现重构。我们使用离散化方法和优化求解器库，演示了MPC如何有效处理多变量耦合和输入/输出约束。 鲁棒控制与自适应技术： 针对系统参数可能随时间变化或环境不确定的情况，本章介绍了 $mathrm{H}_{infty}$ 鲁棒控制器的设计思路，以及基于Lyapunov方法的自适应控制器的设计与稳定性分析。重点在于如何通过在线参数估计或增益调度，确保系统在不同工况下的性能指标（如超调量、调节时间）维持在可接受的范围内。 非线性系统控制挑战： 探讨了滑模控制（SMC）在处理摩擦、间隙等非线性环节时的优势与局限性，特别是针对“抖振”现象的改进措施，如利用高阶滑模或观测器技术进行抑制。 --- 第四部分：系统集成、仿真验证与安全保障 理论的落地需要可靠的仿真工具和严格的安全标准。 系统级仿真与数字孪生： 详细介绍了如何使用专业软件平台，建立从物理层到控制层的多领域耦合仿真模型。重点讲解了如何利用建立的数字孪生模型，进行控制算法的离线调试、参数优化，并评估系统在极端条件下的表现，从而大幅降低现场调试的风险和成本。 工业控制系统的网络安全（ICS Security）： 随着控制系统接入企业网络，安全防护成为关键。本部分系统梳理了ISA/IEC 62443系列标准，讲解了威胁建模、安全区域划分、访问控制策略（如零信任架构在工业环境中的应用），以及针对常见工业恶意软件和零日漏洞的防御措施。 可靠性工程与故障诊断： 探讨了冗余设计、热插拔技术在提高系统可用性中的作用。此外，本书还介绍了基于状态监测（Condition Monitoring）的故障诊断方法，包括振动分析、热成像分析以及利用统计过程控制（SPC）技术对关键设备健康状态进行早期预警的实现流程。 --- 总结与展望 本书的最终目标是培养工程师的系统思维能力，使其能够驾驭从底层电力电子元件到顶层复杂控制策略的完整技术链条。我们相信，掌握这些核心技术，将是迎接下一代智能制造挑战的坚实基础。本书的深度与广度，定能为相关领域的工程师、研究人员和高等院校师生提供一本不可多得的参考宝典。
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