MCS-51单片机原理及应用教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:清华大学出版社

作者:刘迎春

出品人:

页数:229

译者:

出版时间:2005-5

价格:21.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787302104162

丛书系列:

图书标签:

• 1
• MCS-51单片机
• 单片机原理
• 单片机应用
• 嵌入式系统
• 电子工程
• 教程
• C51
• 8051
• 微控制器
• 实践教学

现代控制系统设计与仿真技术 本书旨在系统地介绍现代控制理论的基础知识、先进的控制策略以及在工程实践中的应用。全书内容围绕现代控制系统的建模、分析、综合与仿真展开，力求理论与实践紧密结合，为读者提供一套完整的现代控制工程方法论。 第一部分：线性系统的状态空间描述与分析 本部分是深入理解现代控制理论的基石。我们将从经典的传递函数模型过渡到更具物理意义和适用范围更广的状态空间描述。 第一章：状态空间模型建立与变换 详细阐述状态变量的选择、系统的基本微分方程和代数方程的建立过程。针对不同类型的物理系统（如机电系统、热力系统等），给出标准的状态空间表示法。重点探讨状态向量在不同坐标系下的变换关系，包括相似变换、李雅普诺夫（Lyapunov）变换等，确保读者理解系统内部结构表示的灵活性和等价性。引入对多输入多输出（MIMO）系统的矩阵表示方法，为后续的控制律设计奠定矩阵代数基础。 第二章：线性定常系统的时域分析 本章专注于分析系统的固有特性。首先，深入讲解系统解的求解方法，包括基解矩阵的计算以及常数输入下的特解。其次，详细分析系统的稳定性判据，从李雅普诺夫第一法和第二法（直接法）入手，推导出线性系统渐近稳定的充要条件——所有特征值（或极点）的负实部。在此基础上，引入能控性和能观测性概念。通过卡尔曼（Kalman）可控性矩阵和可观测性矩阵的秩判据，精确判断系统是否可以被完全控制和观测，这是设计状态反馈和状态观测器的前提。 第三章：线性系统的频域分析与不可约化 虽然本书主攻现代控制理论，但仍需结合频域分析来完善对系统性能的理解。本章简要回顾经典的频域指标，并将其与状态空间模型联系起来。核心内容在于系统的约化。对于高阶系统，通常需要降阶处理以简化设计和计算。我们将介绍如何基于系统的能控性和能观测性子空间，利用约化算法（如模态截断法或Pade近似法）获得等效的低阶模型，同时确保被截除模态对原系统性能的影响在可接受范围内。 第二部分：现代控制器的设计 本部分是全书的核心，聚焦于如何根据性能指标设计出有效的状态反馈控制器和状态观测器。 第四章：状态反馈控制设计 本章阐述状态反馈设计的两大核心技术：极点配置和最优控制的雏形。 极点配置（Pole Placement）： 详细介绍如何通过全状态反馈 $u = -Kx$ 将系统的闭环特征值（极点）任意配置到s平面上期望的位置，以满足快速性、阻尼比等时域性能要求。重点讲解Ackermann公式（对于能控系统）和普通矩阵方程求解法在计算反馈增益 $K$ 时的具体步骤和工程考量。讨论反馈的局限性，即需要完全知道系统的状态变量。 状态反馈的限制与补偿： 引入前馈控制与参考输入设计，解决状态反馈无法直接跟踪参考输入的问题。设计一个增益矩阵 $K_r$ 使得系统输出能精确跟踪单位阶跃输入或给定参考信号。 第五章：状态观测器与基于观测器的反馈 由于实际工程中状态变量往往无法直接测量，本章介绍如何利用系统的输入和输出信息来估计不可测量的状态变量。 最小阶和全阶观测器： 详细推导和设计Luenberger全阶观测器，利用观测器增益 $L$ 将观测误差系统的极点放置到s平面上稳定且快速收敛的位置。随后，介绍最小阶观测器的原理和设计方法，重点讨论在状态变量部分可测情况下的效率优化。 基于观测器的控制律（分离原理）： 阐述著名的分离原理，即状态反馈控制器设计与状态观测器设计可以独立进行。将估计状态 $hat{x}$ 代入状态反馈律 $u = -Khat{x}$，形成完整的闭环控制系统，并分析其稳定性和性能。 第六章：最优控制基础——LQR设计 本章引入性能指标函数（代价函数）的概念，将控制设计转化为一个优化问题，引出线性二次型调节器（LQR）。 LQR理论： 定义二次型代价函数 $J = int_0^infty (x^T Q x + u^T R u) dt$，其中 $Q$ 和 $R$ 是权值矩阵。推导并求解代数黎卡提方程（ARE），得出最优反馈增益 $K_{LQR}$。详细分析 $Q$ 和 $R$ 矩阵的选择对控制性能（权衡控制能量与状态偏差）的影响，这是工程实践中进行参数整定的关键。 有限时间最优控制： 简要介绍有限时间最优控制的原理，并讨论其在需要满足特定时间约束的应用场景中的价值。 第三部分：非线性与鲁棒性控制引论 本部分对现代控制理论进行拓展，引入处理更复杂、不确定系统的方法。 第七章：非线性系统的分析与近似 在实际工程中，许多系统本质上是非线性的。本章侧重于分析线性化方法和鲁棒性基础。 线性化方法： 讲解在工作点附近的泰勒级数展开法，如何将非线性系统在平衡点附近转化为线性系统，并应用前述的线性控制设计技术。讨论线性化模型的适用范围和局限性。 李雅普诺夫稳定性理论的扩展： 介绍如何将李雅普诺夫稳定性分析方法应用于非线性系统，通过构造恰当的李雅普诺夫函数来证明全局或局部稳定性，无需进行线性化处理。 第八章：鲁棒控制与H∞控制导论 本章引入了对模型不确定性（参数摄动、未建模动态）的容忍性设计。 鲁棒性基础： 探讨系统的灵敏度函数和互补灵敏度函数，理解传统PID控制在面对不确定性时的不足。 H∞控制思想： 介绍H∞控制的基本思想，即通过设计控制器来最小化系统对外部干扰和模型误差的敏感度，使其在无穷范数下达到最优控制效果。简要阐述了H∞控制器设计的求解框架，强调其在保证系统性能的同时，对模型误差具有内在的鲁棒性。 第九章：控制系统的仿真与实现 本章将理论与工程实践紧密结合，指导读者使用仿真工具进行验证。 建模仿真流程： 详细介绍从物理建模（如使用拉格朗日方程或电路定律）到状态空间表示，再到软件实现（如使用MATLAB/Simulink环境）的完整流程。 仿真验证： 针对LQR、极点配置和观测器等设计的控制器，进行阶跃响应、脉冲响应和带噪信号的仿真测试。重点分析仿真结果，对比不同控制器参数对时间响应、超调量、稳态误差和对外部干扰抑制能力的影响。讨论数字控制系统中的离散化问题及其对连续时间控制器的影响。 本书配有大量的工程实例和习题，旨在培养读者将复杂的工程问题转化为数学模型，并应用现代控制理论工具进行系统分析和控制器设计的综合能力。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

这本书的实战案例部分，绝对是其最大的亮点，远超出了我阅读其他同类教材的预期。它不仅仅停留在理论的陈述，而是真正做到了“学以致用”。书中每一个实验设计都紧密围绕着实际工程中的常见需求展开，从简单的LED闪烁，到稍微复杂一点的数码管显示和按键输入处理，过渡得自然而流畅。最让我印象深刻的是关于中断服务程序的讲解，不同于其他书籍只是罗列中断向量，这本书详细剖析了中断的产生、CPU状态的保存与恢复、以及如何高效地编写ISR（中断服务程序）以减少对主程序执行效率的影响。我按照书中的步骤，亲手搭建了第一个基于外部中断的定时器模块，当那个小小的指示灯按照我的逻辑准确无误地响应外部信号时，那种成就感是无与伦比的。这种理论结合实践的深度和广度，使得学习过程充满了乐趣和即时反馈，而不是枯燥地背诵手册。

评分☆☆☆☆☆

随着学习的深入，我逐渐认识到，掌握单片机技术不仅仅是学会编程和硬件连接，更重要的是理解如何进行系统设计和故障排查。这本书的高级章节，在这一点上做得非常出色。它讨论了串行通信协议（如UART）在实际应用中如何处理数据帧的同步和校验问题，并提供了一个完整的、可实际运行的例子。更值得称赞的是，书中有一章专门讨论了常见硬件故障的现象和分析思路，比如“程序跑飞”和“数据异常”可能涉及的软件逻辑错误或硬件干扰源。这种从设计到调试、从理论到故障排除的完整知识链条构建，让读者能够更全面地掌握整个开发流程。它培养的不是一个只会输入代码的“操作员”，而是一个具备独立解决问题能力的“工程师”。读完后，我对未来参与任何基于这类微控制器的项目都感到胸有成竹。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实抓人眼球，那种深沉的蓝与电路板的绿色交织在一起，立刻让人感受到一种严谨的科技气息。我原本对这个领域知之甚少，抱着“试试看”的心态翻开了它。首先吸引我的是它的结构安排，作者似乎非常懂得如何循序渐进地引导读者。它没有一开始就抛出复杂的寄存器定义和位操作指令，而是从最基础的微控制器概念讲起，像是搭积木一样，先把地基打牢。比如，关于系统时钟和复位电路的讲解，就用了很多生动的比喻，让我这个电子门外汉也能迅速抓住核心要义。特别是书中对内部总线结构和存储器映射的图示，简直是神来之笔，那些复杂的连接关系，通过清晰的线条和恰到好处的标注，变得一目了然。阅读的过程中，我感觉自己像是在一位经验丰富的老工程师的指导下学习，他既不卖弄高深，又能精准地指出关键的学习难点。这种教学方式，极大地缓解了我初学时的畏难情绪，让我对后续深入学习内部结构充满了信心和期待。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，初次接触单片机编程时，我最大的困扰就是汇编语言的晦涩难懂。但这本书在讲解指令集时，采取了一种非常人性化的策略。作者并没有把所有指令一股脑地塞给你，而是将指令按照功能进行归类，比如数据传输类、算术逻辑运算类、程序控制类，分组讲解，并且在每组指令介绍后，都会立刻配以一到两个“迷你应用”，用以巩固该类指令的实际用途。更妙的是，书中对于一些关键的、容易混淆的指令，比如`DJNZ`和`JZ`的细微差别，作者还特意开辟了“易混淆点辨析”的栏目，进行了深入的对比和纠错。这种精细化的教学设计，极大地降低了汇编编程的学习门槛。它教会我的不只是“怎么写”，更是“为什么这样写”，这对于建立扎实的底层编程思维至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和注释细节处理得非常考究，这体现了作者对读者体验的重视。在涉及硬件接口描述的部分，诸如并行I/O口、定时器/计数器等，作者几乎每一页都有清晰的引脚功能对照表或结构框图。特别是对一些关键寄存器位的解释，采用了加粗、斜体或特殊颜色标记，确保读者在快速浏览时也不会错过核心信息。我发现，这本书的附录部分也极其实用，它收录了常用的MCS-51指令助记符速查表和部分常用外设的典型连接电路图，这省去了我频繁查阅厚厚器件数据手册的麻烦。在编写和调试代码时，这种唾手可得的参考资料是提高效率的关键。整体来看，这本书不仅是教科书，更像是一本精心准备的、随时可以放在实验台上翻阅的工具书。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆