Introduction to Control Valves and Other Final Control Devices pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Driskell, Xxx

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页数:0

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价格:24.95

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isbn号码:9780876646168

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• Control Valves
• Final Control Elements
• Process Control
• Instrumentation
• Automation
• Chemical Engineering
• Mechanical Engineering
• Valve Technology
• Industrial Control
• Process Instrumentation

机械系统动力学与控制：基础理论与应用实践 本书聚焦于现代工程领域中至关重要的机械系统动力学分析、系统建模、以及先进控制策略的设计与实现。 本书旨在为工程师、研究人员和高年级本科生提供一个全面而深入的框架，用以理解和优化复杂的机电、流体动力及结构系统的性能。我们将从最基础的拉格朗日方程和牛顿-欧拉方法出发，逐步过渡到现代控制理论的核心概念，确保读者能够构建精确的系统模型，并设计出鲁棒、高效的控制器。 --- 第一部分：机械系统建模的数学基础 本部分将系统地回顾和构建分析复杂机械系统所需的数学工具。重点在于如何将物理系统的运动转化为可求解的微分方程组。 第1章：系统动力学的经典力学基础 本章将详细阐述分析任何涉及运动和力的物理系统的基础原理。内容涵盖： 坐标系选择与变换： 惯性系、非惯性系（旋转坐标系）的定义、欧拉角、四元数在描述刚体姿态中的应用及其局限性。着重讨论如何选择最适合特定系统（如机器人或航空航天器）的描述坐标系。 约束理论： 理想约束（完整约束和非完整约束）的数学描述。对如何利用拉格朗日乘子法处理各类运动学和动力学约束进行深入探讨，这是处理复杂机构（如多连杆机构或万向节）的关键。 拉格朗日方程（Lagrange's Equations）： 详细推导基于能量（动能和势能）的运动微分方程。重点分析如何构造系统的广义坐标，并应用于保守系统和包含耗散力的系统的建模。 牛顿-欧拉方程（Newton-Euler Equations）： 针对刚体动力学的直接应用，侧重于力的平衡与力矩平衡。本章将对比拉格朗日方法与牛顿-欧拉方法的适用场景和计算效率。 第2章：状态空间表示与线性化技术 现代控制理论几乎都建立在状态空间模型之上。本章将介绍如何将微分方程转化为标准的状态空间形式，并为非线性系统的分析奠定基础。 状态变量的选择与定义： 确定描述系统动态行为所需的最少变量集。探讨如何处理积分器、惯性元件和质量集中点的选择标准。 标准状态空间模型（$dot{x} = f(x, u)$）： 形式化描述，包括对输入向量 $u$ 和状态向量 $x$ 的详细讨论。 系统的线性化： 解释为什么在线性控制设计中，系统在工作点附近的线性化至关重要。详细介绍雅可比矩阵（Jacobian Matrix）的计算方法，以及如何进行泰勒级数展开，获取线性化模型 $ Deltadot{x} = ADelta x + BDelta u $。 可控性和可观测性分析： 引入判据（如可控性矩阵和可观测性矩阵），用于评估系统是否能够通过输入完全驱动到任意状态，以及是否能够仅通过输出观测到所有内部状态。这对控制器的合理设计具有指导意义。 --- 第二部分：线性系统控制理论 本部分将系统地介绍设计和分析线性时不变（LTI）系统的经典和现代控制方法。 第3章：时域分析与经典控制设计 本章回顾了经典的控制系统设计技术，它们在许多工程应用中仍然是首选的工具。 系统性能指标： 瞬态响应（超调量、建立时间、峰值时间）和稳态误差（Type Number、最终值定理）。 根轨迹法（Root Locus）： 详细解释根轨迹的绘制规则，以及如何利用根轨迹来选择比例、积分和微分（PID）控制器参数，以满足特定的动态性能要求。 频率响应分析： 介绍波德图、奈奎斯特图的绘制与解读。重点分析增益裕度和相位裕度，它们是衡量系统稳定裕度的关键指标。 PID 控制器参数整定： 除了经典的 Ziegler-Nichols 方法外，本书将探讨基于频率响应和根轨迹的精确整定方法，并讨论积分饱和和微分延迟的实际工程处理。 第4章：状态空间法与极点配置技术 本章转向基于现代控制理论的状态反馈设计方法，强调对系统内部状态的直接操纵。 可控性与极点配置： 理论证明，对于完全可控系统，可以通过状态反馈 $u = -Kx$ 将闭环系统的所有极点放置在复平面的任意所需位置。详细介绍 Ackermann 公式及使用 LQR 方法进行最优极点配置。 观测器设计（State Observers）： 针对状态变量无法直接测量的场景，设计全阶观测器（如 Luenberger 观测器）和降阶观测器，以估计不可测量的状态。 状态反馈与观测器的结合（分离原理）： 阐述分离定理，证明状态反馈控制器和状态观测器可以独立设计，且不影响闭环系统的整体性能和稳定性。 线性二次型调节器（LQR）： 介绍 LQR 的最优控制框架，包括代价函数（二次型性能指标）的定义和代数黎卡提方程（ARE）的求解，以获得最优反馈增益 $K$。 --- 第三部分：非线性系统与鲁棒性控制 本部分超越了线性系统的限制，探讨了更贴近实际工程问题的非线性控制、鲁棒性和先进的间接控制技术。 第5章：非线性系统的分析与基础控制 处理无法线性化的复杂动态系统，如存在摩擦、饱和或显著的耦合效应的系统。 非线性系统基本概念： 奇点、极限环、相位平面分析（针对二阶系统）。 李雅普诺夫稳定性理论（Lyapunov Stability Theory）： 这是分析非线性系统稳定性的核心工具。详细介绍直接法（能量函数法）的应用，包括对稳定性和渐近稳定性的严格证明。 反馈线性化（Feedback Linearization）： 介绍利用微分几何思想（如李导数和相对阶数）来设计控制律，将非线性系统转化为等效的线性系统，从而应用线性控制方法。 滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）： 针对系统参数不确定性和外部扰动的强大鲁棒性控制器。详细分析滑模面设计、切换律的设计，以及如何处理和减轻抖振现象（Chattering）。 第6章：鲁棒控制与扰动抑制 本章关注的是系统在模型不确定性、参数波动和外部干扰下的性能保持能力。 $H_{infty}$ 控制理论基础： 引入频域的鲁棒控制框架。定义加权函数，用于在性能（跟踪误差）和鲁棒性（对外部扰动的抑制）之间进行权衡。 $H_{infty}$ 控制器的设计流程： 通过求解一组线性矩阵不等式（LMI）来获得能使闭环传递函数范数最小化的控制器。 扰动观测器（Disturbance Observer, DOB）： 介绍一种实用的、基于模型的逆补偿思想的鲁棒控制技术。通过估计并实时抵消外部扰动和未建模动态的影响，显著提高系统的跟踪精度和抗干扰能力。 --- 第四部分：数字实现与系统集成 最后一部分将理论设计转化为可行的工程实现，讨论采样、量化和计算限制对控制性能的影响。 第7章：离散时间系统与数字控制 Z 变换与离散化方法： 从连续时间模型（s域）到离散时间模型（z域）的转换。详细比较零阶保持器（ZOH）、一阶保持器（FOH）和双线性变换（Tustin）的精度和特性。 数字控制器的设计： 离散时间系统的极点配置、脉冲响应分析，以及数字PID控制器的实现细节（如如何处理积分项的数值积分）。 实时系统考虑： 采样率的选择对稳定性和带宽的影响，量化误差的分析，以及在嵌入式系统（如微控制器或FPGA）中实现控制算法的性能优化策略。 本书通过严谨的数学推导和丰富的工程案例（涵盖伺服电机、飞行器姿态控制、以及机电耦合系统），为读者提供了一个从物理建模到高级控制策略的完整知识体系。本书的侧重点在于理解动态系统的内在行为和控制器的设计哲学，而非特定硬件组件的操作细节。

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**第一段评价：** 这本书的排版设计实在是一流，精装本的质感拿在手里就让人感到愉悦。内页的纸张质量上乘，印刷字体清晰锐利，即便是长时间阅读也不会觉得眼睛疲劳。更值得称赞的是那些插图和图表的制作水平，每一个细节都处理得非常到位，无论是复杂的流体动力学示意图，还是各种阀门内部结构的剖面图，都以极高的分辨率呈现出来，标注清晰易懂，这对于理解抽象的控制原理至关重要。封面的设计简约而富有科技感，选用了一种低饱和度的蓝色调，给人一种专业、可靠的印象。书脊的设计也考虑到了图书馆或书架的陈列需求，书名和作者信息清晰可见，便于检索。总之，从实体书的制作工艺上来说，这本书无疑是行业内的典范，体现了出版方对品质的极致追求，让人忍不住想收藏。

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**第四段评价：** 我必须强调这本书在跨学科知识整合方面的卓越表现。它不仅仅是机械或过程控制的单一领域书籍，它成功地将流体力学、电气工程中的传感器原理，乃至基础的化学反应动力学知识点进行了有效的串联。例如，在讲解液体流量控制时，作者不仅深入分析了文丘里管和涡街流量计的工作原理，还穿插了关于流体粘度和温度变化对测量精度的影响，这要求读者必须具备一定的热力学基础。这种融合性的处理方式，使得读者在学习过程中，能够不断拓宽自己的知识边界，真正理解一个最终控制元件是如何嵌入到整个复杂自动化网络中的。对于致力于成为系统集成专家的技术人员而言，这种全面的视角是无价之宝。

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**第三段评价：** 这本书的叙事风格极其平易近人，仿佛一位经验丰富的老工程师正在你的耳边娓娓道来，而不是一本冷冰冰的教科书。作者似乎深谙“授人以渔”的道理，在介绍每一个控制元件时，都会先从“为什么我们需要它？”这个问题入手，而不是直接抛出技术参数。这种以需求驱动的学习路径，让读者能够自然而然地构建起系统思维。特别欣赏作者对“常见误区”和“故障排查”部分的侧重，这部分内容往往是标准教材中最容易被忽略但却是日常工作中最为关键的知识点。书中列举的那些基于真实工业场景的“如果...那么...”的逻辑链条，清晰地指引我们如何从现象追溯到根本原因，这种注重实际操作智慧的传授，比单纯的知识点堆砌要珍贵得多。

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**第二段评价：** 我花了大约一周的时间来通读其中关于执行机构响应特性的章节，给我的直观感受是作者在理论的深度和工程实践的广度之间找到了一个近乎完美的平衡点。它并没有沉溺于过于繁复的纯数学推导，而是巧妙地将关键的微分方程嵌入到实际工况的案例分析中，使得那些原本枯燥的数学模型瞬间变得“活”了起来，拥有了实际的物理意义。例如，在讨论气动调节阀的滞环现象时，作者不仅展示了数学模型，还结合了不同的伺服器反馈机制对滞环的改善效果进行了对比，这种“理论指导实践，实践反哺理论”的叙事方式，极大地提升了学习效率。对于初入行业的工程师来说，这本书提供了坚实的理论基石，而对于资深人士，其中关于新型材料应用和智能控制接口的讨论也提供了新的思考维度。

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**第五段评价：** 如果说有什么地方可以改进，那可能就是对新兴数字化技术如物联网（IoT）在最终控制设备中的集成案例略显保守了。尽管书中提到了基本的现场总线技术，但对于当前工业4.0浪潮下，那些基于无线传感、边缘计算的自适应调节策略的深入探讨还不够充分。当然，考虑到控制阀门领域的知识体系相对传统和稳定，这本书在经典理论上的覆盖是无可挑剔的。它为建立稳健的基础知识体系提供了无可替代的框架。然而，对于那些渴望站在技术前沿，研究如何利用大数据和AI优化阀位伺服精度的读者来说，可能需要寻找更侧重于前沿应用的补充读物。但这并不妨碍它作为一本核心参考手册的崇高地位。

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