机电一体化系统设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社

作者:张建民 编

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-1

价格:24.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040100594

丛书系列:

图书标签:

• 机电一体化
• 系统设计
• 自动化
• 控制工程
• 机械工程
• 电气工程
• 传感器
• 驱动器
• 建模仿真
• 工业自动化

好的，这是一份关于《机电一体化系统设计》以外的图书简介： --- 《现代工程控制理论与应用》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的现代工程控制理论基础及其在各类工业与工程系统中的实际应用框架。我们聚焦于如何理解、建模、分析并最终设计出高性能、高鲁棒性的控制系统，特别关注传统PID控制之外的前沿技术和方法论。 第一部分：经典控制的深化与拓展 本书的开篇回顾了经典控制理论中的核心概念，如传递函数、频率响应和根轨迹分析，但着重于它们在现代工程实践中的局限性以及如何通过更先进的数学工具进行拓展。 1. 状态空间表示法及其在复杂系统中的优势： 详细阐述了如何将高阶微分方程系统转化为标准的状态空间模型。重点讲解了系统的能控性和能观测性分析，这是设计现代控制器的先决条件。通过大量的工程实例，如多自由度机械臂和航空姿态控制，展示了状态空间模型如何提供更丰富的系统内部信息，以指导控制器设计。 2. 线性二次型调节器（LQR）设计原理： 深入探讨了LQR作为一种性能导向的优化控制设计方法。阐述了如何根据性能指标（如快速性、平稳性和控制能量消耗）选择加权矩阵Q和R，并推导出最优状态反馈增益。本书特别强调了LQR在处理多输入多输出（MIMO）系统时的简洁性和有效性，区别于传统PID控制需要反复调试的繁琐过程。 第二部分：鲁棒性与自适应控制理论 在实际工程环境中，系统参数的微小变化或外部干扰是不可避免的。本部分的核心在于如何设计出能够抵抗这些不确定性的控制系统。 3. 鲁棒控制基础：H∞控制方法： 详细介绍了$H_infty$控制理论，这是一种基于频率域范数最小化的控制方法。它允许工程师直接在频域上约束系统的敏感函数和互锁函数，从而确保系统在所有允许的扰动下都能保持稳定性和性能。通过对奇异值分解（SVD）在鲁棒性分析中的应用，读者将掌握如何量化和优化系统的鲁棒裕度。 4. 自适应控制系统设计： 针对系统参数随时间变化的非线性系统或未知动态过程，本书介绍了两种主流的自适应控制策略：基于模型的参数估计（如梯度下降法、最小二乘法）和无模型参考自适应控制（MRAC）。通过对后者的深入剖析，我们展示了如何构建一个参考模型，并设计一个反馈律，使被控对象的输出能够渐近地跟踪参考模型的输出，即使系统参数未知或发生漂移。 第三部分：非线性控制的高级方法 许多关键的工程系统本质上都是非线性的，如饱和、摩擦、死区等。对这些系统进行精确控制需要超越线性的分析工具。 5. 反步法（Backstepping）在复杂非线性系统中的应用： 本章系统地介绍了反步法这一强大的递推设计技术。我们从一个简单的二阶系统出发，逐步展示了如何通过“虚拟控制变量”的定义和李雅普诺夫稳定性分析，构建起一个保证全局渐近稳定的控制器。该方法被应用于高阶积木式非线性系统的设计，是现代非线性控制设计的基石之一。 6. 滑模控制（SMC）的原理与前沿： 阐述了滑模控制如何通过构造一个“滑模面”来实现对外部扰动和模型不确定性的有效抑制。重点分析了滑模控制的优点（鲁棒性强）和缺点（抖振现象）。随后，本书引入了“到达律”的设计优化，如利用S型函数或比例积分（PI）到达律，以显著减小或消除高频切换带来的实际执行器损耗问题。 第四部分：现代控制的实施与仿真 理论的价值在于实践。本部分将理论与实际的计算工具相结合。 7. 仿真环境与验证： 详细介绍了使用MATLAB/Simulink和Python（配合SciPy/Control库）对上述所有控制策略进行建模和仿真验证的流程。通过对比LQR、$H_infty$以及SMC在同一受干扰系统上的性能表现，读者可以直观地理解每种方法的适用范围和设计哲学。 8. 离散化与数字实现： 讨论了连续时间控制算法向数字控制器转换的关键步骤，包括Tustin变换和零阶保持器的影响。强调了采样周期选择对系统稳定性和性能的决定性作用，这是将理论控制器转化为实际嵌入式系统（如微控制器或FPGA）前必须掌握的知识。 目标读者： 本书适合控制工程、自动化、电子信息工程等相关专业的高年级本科生、研究生，以及在工业控制、机器人、航空航天等领域从事系统设计与调试的工程师。它要求读者具备扎实的线性代数、微分方程和基础控制理论知识。通过本书的学习，读者将能够独立分析复杂工程问题，并选择、设计和实现满足高标准性能要求的现代控制系统。

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这本书的作者显然是一位经验极其丰富的专家，他的语言风格中带着一种老派工程师特有的沉稳和对细节的苛求。我特别欣赏作者在论述“人机交互界面（HMI）设计”时所展现出的那种用户导向的思维。他强调，再精密的机械系统，如果操作界面复杂难懂，那它在实际应用中的价值也会大打折扣。他详细介绍了如何根据操作人员的认知负荷来设计报警等级、信息呈现方式，甚至包括按钮的布局和反馈的时序。这部分内容在很多纯粹侧重于底层控制的书籍中是常常被忽略的“软科学”。此外，书中关于电磁兼容性（EMC）和安全标准（如ISO 13849）的章节，也写得极为详尽和权威。作者不仅仅是罗列标准，而是深入剖析了为什么某些设计规范是必要的，以及在实际布线和屏蔽中应该如何操作来避免潜在的干扰源。这本书不仅仅是一本技术教材，更像是一本包含了行业最佳实践和“踩坑经验”的宝典，能有效帮助年轻工程师避免走弯路。

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这本书的知识密度实在是太高了，我感觉每读三页就得停下来，合上书本，在脑子里走一遍流程，不然感觉那些信息量就要从脑子里溜走了。特别是涉及到高级控制算法的部分，比如模糊PID控制和模型预测控制（MPC）在伺服系统中的具体参数整定和抗干扰策略，作者的处理方式非常务实。他没有选择高深的数学证明来压垮读者，而是通过大量的仿真结果和实际测试数据来佐证算法的有效性。这对我这样的实践者来说，简直是雪中送炭。我记得有一章专门讨论了如何设计一个既经济又高效的通信协议来连接分布式传感器网络，作者对比了CAN、EtherCAT和最新的TSN技术，从延迟、带宽和成本三个维度进行了详尽的分析，并给出了清晰的决策路径图。这种非常贴近工程实际的对比分析，远比那些空泛地赞美某个技术的文章要有价值得多。说实话，这本书的阅读体验是“烧脑”的，但它带来的知识回报也是成倍增长的，读完之后，我对整个机电系统设计链条上的每一个环节都有了更深层次的理解和敬畏。

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这本书的封面设计真是让人眼前一亮，那种深邃的蓝色调搭配着简洁有力的几何图形，立刻就给我一种专业、严谨的感觉。我原本以为这会是一本晦涩难懂的技术手册，毕竟涉及到“机电一体化”这样听起来就有些高冷的领域。然而，翻开内页后，我发现作者的叙事方式非常平易近人。他没有一开始就抛出复杂的数学模型或者晦涩的专业术语，而是从实际应用场景入手，比如智能工厂的自动化流程、现代机器人手臂的运作原理等等。这种由表及里的讲解方式，极大地降低了我的阅读门槛。特别是关于传感器和执行器如何协同工作的章节，作者用了很多生动的比喻，让我这个非科班出身的读者也能迅速抓住核心概念。我记得有一段描述了如何通过精密的伺服电机实现纳米级的定位精度，简直像是在读科幻小说，但字里行间又充满了扎实的工程学逻辑。这本书的图文排版也做得非常出色，大量的流程图和系统架构图，脉络清晰，让复杂的系统结构一目了然。它更像是一位经验丰富的老工程师，耐心地在你身边，一步步带你拆解和理解一个复杂的自动化系统。我特别欣赏作者在介绍设计原则时所展现出的那种对细节的执着，那种追求极致可靠性和效率的精神，深深地感染了我。

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从整体的结构和逻辑推进来看，这本书的编排非常有条理，仿佛是按照一个完整的产品开发周期来组织的。开篇是需求分析和系统架构定义，中间是核心模块的设计与实现，最后落脚于测试、验证和集成部署。这种结构非常适合我这种需要从零开始构建一个新系统的工程师。我特别留意了书中关于“可重构性”和“模块化设计”的讨论。作者提出了一个“即插即用”的软件框架理念，鼓励开发者将不同的控制功能封装成标准化的组件，这极大地提高了后期维护和系统升级的效率。书中展示的UML类图和接口定义文档的范例，直接就可以被应用到实际的项目文档中去。与其他偏重理论推导的书籍相比，这本书的“可操作性”是其最大的亮点。它提供的不仅仅是理论基础，更多的是一套可立即付诸实践的设计方法论和规范。我感觉自己像是拿到了一套标准化的“设计蓝图”，让我对接下来的工作有了清晰的路线图和信心。这本书绝对是工具箱里不可或缺的一把瑞士军刀。

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我购买这本书的初衷是想系统性地梳理一下当前工业控制领域的前沿趋势，尤其是在软件和硬件深度融合的这个关键点上。坦白说，市面上很多同类书籍要么过于侧重底层硬件的电气设计，要么就是纯粹的编程实现，缺乏一个宏观的系统集成视角。这本书在这方面做到了难能可贵的平衡。它用一种近乎“哲学”的视角来探讨“一体化”的真正含义——不仅仅是把电机和电脑插在一起，而是如何构建一个能够自我感知、自我决策、自我执行的智能闭环系统。书中对实时操作系统（RTOS）在嵌入式控制中的应用分析得尤为透彻，它没有停留在理论层面，而是给出了不同内核调度策略在特定应用场景下的优缺点对比，这对于我们进行项目选型时至关重要。我个人对其中关于故障诊断和预测性维护的章节印象最为深刻。作者提出的多模态数据融合诊断框架，结合了振动信号分析和电流特征提取，建立了一种鲁棒性很强的预警模型。我甚至尝试将书中的一个简化模型应用到我公司一个老旧设备的监控系统中，效果立竿见影，大大提高了系统的运行稳定度。这本书的价值在于，它提供的不是现成的答案，而是一套可以让你自己解决未来问题的思维工具箱。

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