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出版者:人民邮电出版社

作者:

出品人:

页数:264

译者:

出版时间:2003-2

价格:24.0

装帧:平装

isbn号码:9787115110756

丛书系列:

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现代控制系统原理与应用 第一章：控制理论基础 本章系统阐述了经典控制理论的核心概念与数学基础。我们将从物理系统的建模出发，深入探讨微分方程在描述动态系统中的作用。重点解析了拉普拉斯变换在系统分析中的关键地位，它是连接时域与频域分析的桥梁。随后，我们将详细介绍系统的基本特性，如稳定性、暂态响应和稳态误差，这些是设计任何有效控制系统的先决条件。 对线性、时不变（LTI）系统的描述，本书采用传递函数模型，通过分析传递函数的零、极点位置，直观地揭示了系统动态行为的内在规律。根轨迹法作为一种重要的图解分析工具，将在本章得到详尽的讲解，读者将学会如何根据控制器参数的变化，预判系统稳定性和性能的演变趋势。此外，频率响应分析方法，包括波德图、奈奎斯特图的绘制与解读，将被用于评估系统的鲁棒性和相对稳定性裕度。 第二章：经典控制器的设计与实现 本章聚焦于传统PID（比例-积分-微分）控制器的原理、整定方法及其在工程实践中的应用。PID控制器因其结构简单、易于实现和良好的通用性，至今仍是工业控制领域的主流选择。我们将详细阐述P、I、D三个控制分量对系统性能（如响应速度、超调量和稳态精度）的具体影响机制。 针对PID参数的整定，本书将系统介绍几种经典方法：查​​阅查尔斯·哈里斯（Charles C. Harris）提出的经验公式，例如Ziegler-Nichols方法，并讨论其在实际生产线上的局限性。更进一步，我们将探讨基于性能指标（如积分误差平方和ISE）的优化整定技术，通过数值优化算法，实现更精确的参数匹配。本章还将讨论在存在饱和、死区等非线性因素时，如何对PID控制器进行改进，例如引入抗饱和积分限制（Clamping）和消除积分器风起（Windup）。 第三章：现代控制理论：状态空间法 随着复杂系统，特别是多输入多输出（MIMO）系统的出现，经典控制理论的局限性日益凸显。本章引入了现代控制理论的核心——状态空间表示法。我们将从物理状态变量的定义出发，推导出系统的标准状态方程 $dot{mathbf{x}} = mathbf{A}mathbf{x} + mathbf{B}mathbf{u}$ 和输出方程 $mathbf{y} = mathbf{C}mathbf{x} + mathbf{D}mathbf{u}$。 状态空间法的优势在于其对复杂系统结构的内在描述能力。本书将详细介绍系统能控性和能观测性的判据，这是进行状态反馈设计和状态观测器设计的前提。对于能控系统，我们将探讨如何利用极点配置技术（Pole Placement），通过设计状态反馈增益 $mathbf{K}$，将系统的所有闭环极点任意放置在复平面的期望位置，从而实现对系统动态行为的精确塑形。 第四章：状态观测器与最优控制 在许多实际应用中，系统的全部状态变量无法直接测量，这催生了状态观测器的需求。本章将深入探讨Luenberger观测器及其设计原理。我们将学习如何根据系统的能观测性判据，设计一个与原系统“对偶”的观测器，用于实时估计不可测量的状态向量。观测器的设计同样涉及极点配置，确保观测误差能够快速衰减。 本章的后半部分将引导读者进入最优控制的殿堂，特别是LQR（Linear Quadratic Regulator，线性二次型调节器）理论。LQR旨在寻找一个最优的状态反馈增益 $mathbf{K}$，使得系统在满足运行约束的同时，最小化一个由状态误差和控制输入共同构成的二次型性能指标函数 $J$。解决LQR问题的核心是求解代数黎卡提方程（ARE）。通过LQR设计，读者将掌握在性能与控制能量之间进行权衡的科学方法。 第五章：离散时间系统与数字控制 在现代工业自动化中，控制系统越来越多地依赖于数字计算机实现。本章专门探讨了离散时间系统的分析方法。我们将从连续时间系统的采样过程入手，详细讲解零阶保持器（ZOH）的工作原理及其对系统特性的影响。 离散系统的分析主要依赖于Z变换。本书将详细阐述Z变换的定义、性质及其与拉普拉斯变换的对应关系。离散系统的稳定性判据将从连续域的左半平面转移到离散域的单位圆内。我们还将学习如何将连续系统的传递函数或状态空间模型转化为离散形式，并讨论脉冲响应和离散时间系统的分析工具，如脉冲响应矩阵。 第六章：数字控制器的设计与实现 本章侧重于将控制理论应用于实际数字控制器（如微控制器或DSP）的实现。首先，我们将介绍如何设计离散PID控制器，包括对连续PID控制器进行双向后差分或Tustin变换等方法进行离散化处理。 更进一步，本章将讨论基于状态空间方法的数字控制器设计，如使用离散极点配置和设计离散时间观测器（如卡尔曼滤波器的简化形式）。重点将放在控制器的数字化实现细节上，包括有限字长效应对控制性能的影响、采样周期的选择标准，以及如何编写高效的数字滤波器代码来保证控制系统的实时性和稳定性。 第七章：先进控制技术与鲁棒性分析 本章拓展到现代控制领域的前沿技术。我们将介绍如何处理系统中的不确定性。鲁棒控制理论旨在设计出即使在系统参数发生变化或存在未建模动态的情况下，仍能保持稳定性和可接受性能的控制器。 本章将引入H$infty$ 控制理论的基本概念，该理论通过设计控制器来最小化系统对外界干扰和模型不确定性的敏感度，从而保证系统在“最坏情况”下的表现。此外，模型预测控制（MPC）作为一种前馈-反馈结合的前瞻性控制策略，将在本章得到详细介绍。MPC利用系统模型，在每个采样时刻求解一个有限时域内的优化问题，其核心优势在于能够显式处理系统约束，非常适合过程控制和优化运行管理。 第八章：系统辨识与实验验证 一个准确的数学模型是所有控制设计的基础。本章将介绍系统辨识的基本原理和常用算法，帮助工程师从实际测试数据中建立可靠的系统模型。我们将区别对待参数估计方法（如最小二乘法）和模型结构辨识。 本书将侧重于参数辨识，讲解如何设计合适的输入信号（如PRBS或正弦序列）以最大化信息获取。最后，本章将指导读者如何利用仿真环境（如MATLAB/Simulink）对设计的控制器进行验证，并讨论从仿真结果到实际硬件部署过程中需要注意的工程实践问题，包括传感器/执行器的非线性补偿和回路调试技巧。

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说实话，我对技术类的书籍往往抱着一种“敬而远之”的态度，总觉得它们枯燥乏味，充满了晦涩难懂的术语。但这次尝试《机械设计基础》，纯粹是因为专业课的硬性要求。我希望能在这本书里找到一些“人情味”，而不是冷冰冰的教科书腔调。比如，能不能在讲述疲劳强度和失效模式时，穿插一些著名的机械事故案例？通过分析真实的破坏场景，去理解为什么材料会在某个应力集中点断裂，这样比单纯记忆那个S-N曲线的方程要深刻得多。另外，我对设计方法论的部分非常好奇——如何从一个功能需求出发，逐步确定机构的类型、尺寸和材料选择？书中是否有针对初学者的“设计思维导图”或者流程图？我希望它不仅仅是告诉我们“是什么”，更能教会我们“怎么做”。如果这本书能像一位经验丰富的老工程师在旁边指导，用大白话解释复杂的概念，那它的价值就远远超出了一个普通教材的范畴，真正成为了一个实用的设计助手。

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我是一个偏爱实践操作的学生，理论学习对我来说总是需要一个强有力的外部驱动才能消化。因此，对于《机械设计基础》这本书，我最看重的是它提供的习题质量和深度。如果习题仅仅是代入公式，套用既定模型，那和网上随便搜的例题没什么区别。我更希望看到那些需要综合运用多方面知识才能解决的综合题，比如要求设计一个小型减速箱，需要计算齿轮的强度、轴的刚度、轴承的寿命，并且要考虑装配和维护的便利性。如果书后能附带一些具有开放性的设计挑战，哪怕只是一个框架性的要求，让我们自己去查阅标准、进行初步的参数选择，那就太好了。此外，现在很多教材都开始引入CAD/CAE软件的应用了，这本书是否在讲解过程中，融入了如何将计算结果快速转化到三维建模软件中的思路？这对于我们现代工程师来说，是不可或缺的技能链条中的一环。

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我对机械领域的热情主要来源于对“制造”本身的敬畏。因此，我希望这本书不仅仅停留在理论推导的层面，而是能更深入地触及制造工艺对设计选择的反向约束。例如，在介绍铸造、锻造或焊接工艺时，书中是否解释了为什么某些复杂的结构在设计上是可行的，但在实际制造中成本高昂或者根本无法实现？或者，在材料选择章节，除了介绍机械性能，能否简要说明不同加工方法对材料微观结构的影响？我最期待看到的是，如何平衡“理想设计”与“可制造性”之间的矛盾。一个优秀的设计师，懂得如何根据现有的生产条件来优化设计方案，而不是闭门造车。如果《机械设计基础》能在这方面给予一些启发和指导，引导我们思考设计背后的经济性和工艺性，那么它将真正成为一本面向工程实践的宝典，而不仅仅是一本理论速查手册。

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阅读体验对于我这种长时间面对书本的人来说至关重要。很多老旧的教材，排版密密麻麻，公式和文字挤在一起，稍微走神一下就得从头再找阅读的脉络。我对《机械设计基础》的期望是，它能在视觉上传达出专业和现代感。清晰的字体、合理的留白、关键公式和概念的特殊标注（比如加粗、用颜色框起来），这些细节能极大地减轻阅读的疲劳度。我特别关注图表的质量——那些表示受力分析的矢量图，或者零件的几何尺寸标注，必须是准确无误且规范的。一个在细节上都马虎的教材，很难让人信服它在专业知识传授上的严谨性。如果能用高质量的插图清晰地展示出螺纹联接的预紧力变化，或者如何通过调整齿轮啮合参数来优化传动平稳性，那阅读过程本身就会变成一种享受，而不是煎熬。

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这部《机械设计基础》的教材，拿到手里沉甸甸的，感觉内容一定非常扎实。我一个刚接触机械设计的新手，对这门课简直是摸不着头脑，尤其是那些什么应力分析、材料力学的基础概念，听课的时候感觉像在听天书。这本书的封面设计倒是挺简洁的，但愿内页的排版和图示能帮我跨过这个巨大的门槛。我希望能从中找到那种循序渐进的引导，最好是能把那些抽象的公式和原理，通过生活中的实例或者具体的机械零件图纸来阐述。比如，传动装置的工作原理，光看文字描述总是理解不到位，如果能配上清晰的剖视图和动画模拟（当然，纸质书很难实现，但清晰的示意图是关键），那就太棒了。我特别关注关于标准件和常用机构的部分，这才是实际工作中用得最多的，如果能把国标、行业标准的代码和应用场景结合起来讲，对我们未来找工作和实习都会有直接的帮助。毕竟，理论是骨架，应用才是血肉，我期待这本书能把这两者完美地融合起来，而不是简单地堆砌公式和定义。

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