自动控制元件 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:227

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出版时间:2009-6

价格:24.00元

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isbn号码:9787811245813

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• 自动控制
• 控制元件
• 电子技术
• 传感器
• 执行器
• 电路分析
• 自动化
• 工业控制
• 模拟电路
• 控制系统

机器人学基础与实践 本书概述 《机器人学基础与实践》是一本全面深入探讨现代机器人学理论、设计、控制与应用的综合性教材。本书旨在为工程、计算机科学、自动化以及相关领域的学生和专业人士提供坚实的理论基础和丰富的实践指导。全书内容涵盖机器人学从底层原理到前沿应用的各个层面，强调理论与实际操作的紧密结合，帮助读者掌握构建、编程和部署复杂机器人的核心能力。 第一部分：机器人学基础理论 本部分是全书的理论基石，详细介绍了构成现代机器人系统的基本物理和数学模型。 第一章：机器人学导论与历史 本章首先界定了机器人的概念、分类（如工业机器人、服务机器人、自主移动机器人等）及其在当代社会中的重要作用。随后，追溯了机器人学的发展历程，从早期的机械臂到具备高级感知和决策能力的智能系统。重点阐述了人机交互设计在现代机器人系统中的新兴地位。 第二章：机器人运动学 运动学是理解机器人如何移动和定位的关键。本章深入讲解了空间变换的基本工具——齐次变换矩阵，并详细阐述了如何使用旋转矩阵和位移向量来描述机器人的位姿。重点内容包括： 1. 欧拉角与旋转向量：不同坐标系之间的转换方法及其局限性。 2. D-H (Denavit-Hartenberg) 坐标系约定：建立标准化的机器人连杆参数表示法。 3. 正运动学：根据关节角度计算末端执行器的绝对位置和姿态。 4. 逆运动学：在满足任务需求的前提下，计算所需的关节角度。本节将区分解析法和数值法的适用场景。 第三章：机器人动力学 动力学研究作用于机器人关节的力和力矩与机器人运动之间的关系。本章侧重于建立精确的数学模型，以便进行控制设计。 1. 拉格朗日-欧拉方程：推导多自由度机器人系统的运动微分方程。 2. 牛顿-欧拉迭代法：从末端执行器向基座进行迭代计算，求出关节力矩。 3. 质量矩阵、科里奥利项和重力项：对动力学方程中各个分量的物理意义进行深入剖析。 4. 静力学分析：计算维持特定姿态所需的关节力矩。 第二部分：机器人感知与规划 本部分聚焦于机器人如何理解其环境，并基于环境信息生成安全、高效的动作轨迹。 第四章：机器人传感技术 传感器是机器人的“感官”。本章系统介绍了机器人常用的内部和外部传感器： 1. 内部传感器：关节编码器（绝对与增量）、电位器、惯性测量单元（IMU）——重点介绍如何通过卡尔曼滤波融合IMU数据以获取高精度姿态估计。 2. 外部传感器：视觉系统（2D/3D相机、结构光、ToF）、激光雷达（LiDAR）、触觉传感器。深入讨论了点云数据的处理和特征提取技术。 第五章：环境建模与定位（SLAM） 自主移动机器人的核心挑战是如何在未知环境中同时确定自身位置并构建环境地图。 1. 概率机器人学基础：贝叶斯滤波理论在定位中的应用。 2. 扩展卡尔曼滤波（EKF）与无迹卡尔曼滤波（UKF）：用于非线性系统的状态估计。 3. 粒子滤波（Particle Filter）：蒙特卡洛方法在定位中的应用。 4. 同步定位与地图构建（SLAM）：着重介绍基于图优化的SLAM框架，如Graph-SLAM及其在构建高精度地图中的优势。 第六章：机器人路径规划 本章讲解了机器人在已知或部分已知环境中寻找可行路径的算法。 1. 笛卡尔空间与关节空间规划：两种规划空间的特点与转换。 2. 全局规划算法：如栅格法、A 算法、Dijkstra 算法，以及它们在离散空间中的应用。 3. 基于采样的规划器：快速搜索随机树（RRT）及其优化变体（RRT）在处理高维空间障碍物时的效率分析。 4. 轨迹生成与平滑：如何将离散路径转化为平滑、可执行的时间参数化轨迹，包括样条插值和速度限制。 第三部分：机器人控制系统 本部分深入探讨机器人运动的控制方法，确保机器人能够精确、稳定地执行规划的动作。 第七章：传统与先进的关节空间控制 本章讨论了如何控制机器人的关节达到期望的位置、速度或力矩。 1. 位置控制：PID控制器在关节空间中的应用与参数整定（Ziegler-Nichols法、 आवृत्ति响应法）。 2. 阻抗/导纳控制：用于实现机器人与环境的柔顺交互，重点分析其在装配、打磨等任务中的必要性。 3. 基于模型的控制：利用第二章和第三章建立的动力学模型，设计前馈补偿控制（如牛顿-欧拉前馈），以克服模型的不确定性和外部扰动。 第八章：任务空间控制与操作 对于需要精确控制末端执行器力的任务，本章提供了先进的控制策略。 1. 笛卡尔空间位置/力控制：介绍如何通过雅可比矩阵进行微分，实现末端执行器的直接控制。 2. 操作空间操作：研究具有冗余自由度的机器人（如七自由度机械臂）的任务空间操作，包括零空间操作和运动控制的解耦方法。 3. 混合控制与约束系统：如何同时控制部分自由度的位置和部分自由度的力，适用于人机协作场景。 第九章：机器人系统集成与现场应用 本章将理论知识应用于实际的机器人系统搭建和调试，并展望未来趋势。 1. 机器人操作系统（ROS/ROS2）架构：详细介绍ROS在机器人软件开发中的作用，包括节点通信、消息传递机制（Topics, Services, Actions）以及包管理。 2. 仿真环境与验证：使用Gazebo等物理仿真器进行控制算法的离线调试与验证。 3. 嵌入式系统与实时性：讨论机器人控制中的实时性要求，以及选择合适的微控制器和实时操作系统（RTOS）的重要性。 4. 人机协作（Cobots）与安全标准：探讨协作机器人的设计原则、安全区域限制以及相关的国际安全标准。 学习目标 完成本书学习后，读者将能够： 1. 熟练运用数学工具对任意多连杆机器人进行运动学和动力学建模。 2. 掌握主流的机器人感知算法，特别是SLAM技术的基本原理。 3. 独立设计和实现机器人的路径规划与轨迹生成方案。 4. 深入理解并应用位置、力/阻抗控制策略来驱动机器人完成复杂任务。 5. 能够利用现代机器人软件框架（如ROS）搭建、仿真和部署实际的机器人系统。 本书内容广泛，结构严谨，配有大量的例题和章节末尾的实践项目，确保读者不仅理解“为什么”，更能掌握“如何做”。

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这本书的叙事节奏把握得非常到位，它有一种缓慢而坚定的推进感。开篇并没有急于展示那些复杂的集成电路或高端的PLC模块，而是从最基础的开关量控制——比如限位开关、按钮触点的物理结构和可靠性说起。这种“不走捷径”的处理方式，反而构建了一个非常扎实的知识地基。作者的文风极其冷静客观，几乎没有主观色彩的渲染，所有论断都建立在实验数据和公认的物理定律之上。这种严谨性使得全书的论述都具有极高的可信度。在讲解继电器触点切换时，作者甚至提到了触点“抖动”（bounce）现象及其对高频逻辑电路的影响，并给出了抑制方案。这种对微小细节的关注，恰恰是区分优秀工程师和平庸工程师的关键所在。全书读下来，感觉自己完成了一次系统的、无遗漏的知识清洗和重构过程。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面那种深邃的蓝色调，配上烫金的字体，透着一股沉稳和专业感。我通常对技术类书籍的封面不太在意，但《自动控制元件》的这个设计，让人在书架上就能感受到它的分量。翻开内页，纸张的质地也相当不错，印刷清晰，图表的线条干净利落，长时间阅读眼睛也不会感到疲劳。这一点非常重要，毕竟涉及到复杂的原理图和元件结构图，任何模糊都会影响理解。编排上，章节的逻辑衔接非常自然，从基础的传感器原理到执行器的详细解析，循序渐进，即使是初学者也能逐步跟上作者的思路。尤其是那些关于继电器和接触器工作原理的章节，作者用了很多生动的比喻和实际案例来辅助说明，这比单纯的理论堆砌要高效得多。我特别欣赏的是，书中对不同应用场景下元件选型的考量，这体现了作者深厚的工程实践经验，而不是纸上谈兵。这本书的整体感觉，就像一位经验丰富的老工程师在给你手把手地讲解，让人倍感亲切和信赖。

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与其他同类书籍相比，《自动控制元件》最大的亮点在于其极强的“实用主义”倾向。很多教材在介绍完原理后，就戛然而止了，留给读者的是一个理论上的完美模型。然而，这本书不同，它花了大量的篇幅讨论了实际工业环境中的“非理想情况”。例如，关于电磁干扰（EMI）的抑制方法、元件在高温高湿环境下的寿命预测，以及故障诊断的基本思路，这些在实际工程中比完美理论更关键的知识点，在书中得到了详尽的阐述。我尤其欣赏作者在讨论接近开关时，区分了电感式、电容式和霍尔元件各自的抗干扰能力和适用介质，这种细致入微的对比分析，在实际项目选型时能直接避免很多潜在的麻烦。读完这本书，我感觉自己不再是仅仅会“配置”元件的操作员，而更像是一个懂得如何为特定环境“量身定制”控制方案的工程师了。

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这本书的内容深度，远超出了我对一本“元件”类书籍的预期。我原本以为它会更侧重于元件的规格参数和选型手册的罗列，但实际上，作者深入剖析了许多核心元件背后的物理和电磁原理。比如，在讲解伺服电机和步进电机时，不仅仅停留在它们“能做什么”的层面，更是详细阐述了其控制信号的产生机制和反馈回路的建立过程，这对于理解现代精密运动控制系统的底层逻辑至关重要。阅读过程中，我不得不频繁地停下来，对照着我手里的一些旧设备进行对比分析，感觉自己的知识体系被重新梳理和夯实了。书中的数学模型推导部分处理得非常得当，既保证了理论的严谨性，又通过大量的注解，确保了非数学专业背景的读者也能理解其核心思想，避免了那种让人望而却步的纯粹数学公式堆砌。这是一本真正能提升工程师底层思维的书，值得反复研读，每次都会有新的体会。

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我购买这本书时，主要目的是想了解当前市场上主流的、新一代的智能执行元件的工作方式。坦白说，我带着一些怀疑，因为很多新书往往追逐热点，但深度不足。然而，《自动控制元件》成功地在传统与前沿之间找到了一个绝佳的平衡点。在对传统电磁阀和气动执行器的经典解析之后，书中用了专门的章节来介绍带有内置诊断功能的“智能”元件，比如那些能够实时报告自身健康状态和负载特性的传感器和执行器。作者没有将它们描绘成“黑箱”，而是深入解析了其内部集成的微控制器如何处理数据并生成诊断信号，以及这些信号如何与上层的DCS或SCADA系统进行可靠交互。这种对“元件智能化”的深入剖析，为我理解工业4.0时代的控制架构提供了清晰的技术蓝图，让我对接下来的系统集成工作充满了信心。这本书绝对不是一本快速浏览就能掌握的书，它需要读者投入时间去消化其包含的丰富工程智慧。

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