微机测控技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:高春甫

出品人:

页数:348

译者:

出版时间:2010-2

价格:28.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787030155306

丛书系列:

图书标签:

• 微机原理
• 单片机
• 测控技术
• 传感器
• 数据采集
• 嵌入式系统
• 仪器仪表
• 自动化
• 电子技术
• 控制工程

现代控制理论与应用基础 本书聚焦于现代控制理论的核心概念、分析方法和工程实践，旨在为读者构建一个扎实、系统的理论框架，并熟练掌握在复杂系统控制设计中的关键技术。 --- 第一部分：系统建模与时域分析 本部分首先深入探讨了工程实践中最常见的动态系统的数学描述方法。我们不局限于传统的机械或电气系统，而是着眼于更具普遍性的系统动力学建模范式。 1. 连续时间系统的状态空间表示： 详细阐述了如何从物理定律（如牛顿第二定律、基尔霍夫定律）推导出高阶微分方程组，并将其标准化为一阶线性常微分方程组的矩阵形式 $dot{mathbf{x}}(t) = mathbf{A}mathbf{x}(t) + mathbf{B}mathbf{u}(t)$ 和 $mathbf{y}(t) = mathbf{C}mathbf{x}(t) + mathbf{D}mathbf{u}(t)$。重点讲解了模态分解（Modal Decomposition）和Jordan标准型在理解系统内在行为（如稳定性、暂态响应特性）中的作用。 2. 离散时间系统的建立与转换： 鉴于数字控制器在现代工程中的主导地位，本章详尽介绍了如何将连续系统通过零阶保持器（ZOH）或一阶保持器转换为离散形式。引入了Z变换作为分析离散系统的核心数学工具，对比了Z域与s域之间的映射关系，特别是关于系统稳定性的判据在单位圆上的体现。 3. 线性系统的基本性质： 严格定义并分析了能控性（Controllability）和能观测性（Observability）。通过Kalman可控性/可观测性矩阵的秩分析，读者将学会判断一个系统是否可以通过输入完全调节其状态，以及是否可以通过输出完整地推断其内部状态。这为后续的状态反馈设计奠定了基础。 4. 时域性能指标与瞬态响应分析： 对于单位阶跃输入下的系统响应，本书细致剖析了超调量、上升时间、沉降时间等关键指标，并结合主导极点理论（Dominant Pole Approximation），演示了如何快速评估和预测二阶及高阶系统的近似行为，这在初步系统设计中尤为实用。 --- 第二部分：频域分析与鲁棒性评估 本部分将视角从纯粹的时域状态转移转移到频域，探讨系统对不同频率激励的响应特性，并引入现代控制理论中至关重要的鲁棒性概念。 5. 传递函数与频率响应： 详细介绍了传递函数（Transfer Function）的构建方法，特别是在单输入单输出（SISO）系统中的应用。频率响应是通过将 $s=jomega$ 代入传递函数求得的复函数。本书通过大量的实例，展示了如何通过波德图（Bode Plot）、奈奎斯特图（Nyquist Plot）直观地分析系统的带宽、增益裕度和相位裕度。 6. 根轨迹法在参数优化中的应用： 根轨迹是连接时域与频域的桥梁。本书系统地讲解了根轨迹的基本法则，并重点阐述了如何利用根轨迹图来选择合适的比例增益 $K$，以满足特定的瞬态响应要求（如将极点放置在特定区域）。 7. 频率响应与系统稳定性判据： 深入讲解了奈奎斯特稳定性判据，特别是它在处理开环不稳定系统时的强大威力。通过对开环传递函数的分析，读者可以精确确定闭环系统的稳定性，无需求解特征多项式。 8. 鲁棒控制基础： 现代工程系统往往面临模型不确定性和外部干扰。本章引入了增益裕度（Gain Margin, GM）和相位裕度（Phase Margin, PM）作为衡量系统抵抗参数变化和时间延迟能力的定量指标。我们探讨了当系统参数偏离标称值时，闭环系统保持稳定的条件。 --- 第三部分：现代控制设计技术 本部分是本书的核心，聚焦于如何利用状态空间信息设计高性能的控制器。 9. 全状态反馈与极点配置（Pole Placement）： 讲解了Ackermann公式及其背后的线性代数原理，用于计算所需的反馈增益矩阵 $mathbf{K}$，以使闭环系统 $dot{mathbf{x}} = (mathbf{A} - mathbf{B}mathbf{K})mathbf{x}$ 的所有极点被放置到预定的稳定区域。这一技术要求系统必须是完全可控的。 10. 状态观测器的设计（Luenberger 观测器）： 现实中，状态变量往往无法直接测量。本书详细介绍了Luenberger 观测器的设计方法，它利用系统的输入和输出信号来估计所有不可测的状态变量。观测器的极点配置与主系统极点的解耦设计是本章的重点，确保观测误差能够快速衰减。 11. 渐近反馈控制（State Feedback with Observer）： 结合极点配置和观测器设计，导出了最小阶（Minimum-Order）和全阶（Full-Order）观测器与状态反馈的组合结构。详细分析了分离定理（Separation Principle），阐明了控制器设计和观测器设计可以在很大程度上相互独立进行，极大地简化了复杂系统的设计流程。 12. 超前/滞后补偿器设计（Lead/Lag Compensators）： 回归到经典的补偿器设计，但从现代控制的角度解释其在频域中如何修正系统的相位和幅值，以满足特定的稳定裕度和稳态精度要求。对比了 PID 控制器与基于状态反馈的补偿方法的适用场景与优缺点。 --- 第四部分：非线性系统初步与先进控制主题概述 为了拓宽读者的视野，本部分对更复杂的系统类型进行了介绍，并为深入研究打下基础。 13. 非线性系统的稳定性分析： 引入了李雅普诺夫稳定性判据（Lyapunov Stability Criteria），这是分析非线性系统稳定性的最重要工具。讲解了直接法和间接法（线性化法），并探讨了李雅普诺夫函数的构造思想，虽然没有深入到复杂的函数构造，但能让读者理解“能量”或“误差度量”在稳定性分析中的核心作用。 14. 现代控制进阶主题导引： 本章作为展望，简要介绍了当前控制工程领域的前沿热点，包括：最优控制（LQR/LQG）的基本思想——如何通过优化性能指标（如二次型性能指标）来自动确定反馈增益；鲁棒控制（H-infinity, $mu$ 分析）的基本概念，即如何处理模型不确定性和外部干扰的边界；以及自适应控制在参数未知或时变系统中的应用潜力。 --- 本书特点： 理论与工程的紧密结合： 每一项理论推导后，均配有清晰的工程实例，说明该理论在实际设计中的应用方式。 强调数学工具的物理意义： 避免纯粹的公式堆砌，致力于解释矩阵运算、变换域分析背后的物理含义。 注重系统思维： 引导读者将复杂的物理对象抽象为统一的数学模型，从而运用通用的控制理论进行分析和设计。 适用对象： 自动化、电子信息工程、机械工程、航空航天等相关专业的高年级本科生及研究生，以及从事系统控制、机器人、精密仪器等领域的技术工程人员。

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这本书的章节结构安排，透露出一种明显的“大杂烩”倾向，知识点的分布极度不平衡，让人感觉作者像是把所有能找到的与微机测控相关的零散笔记一股脑地塞了进来，缺乏一个清晰的主线脉络去贯穿始终。比如，第一部分花了近一半的篇幅在讲解汇编语言的基本指令集和寄存器操作，这对于一个定位在“测控技术应用”层面的教材来说，似乎过于底层和冗余，要知道现在主流的开发环境大多基于高级语言和成熟的实时操作系统。然而，到了至关重要的嵌入式系统实时性保障这一块，处理却轻描淡写，仅用寥寥数页带过，甚至连中断处理的优先级和死锁避免的基本策略都没有明确阐述。当我试图查找关于特定工业总线（比如CANopen或Profibus）的具体报文结构和通信流程时，发现这些内容要么缺失，要么只是简单地列出了几个术语，完全没有提供足够的篇幅去解析其工作机制。这种内容的失衡，使得读者在阅读过程中会不断地感到困惑：这本书到底想教我们做什么？是想培养汇编高手，还是想构建工业控制系统的架构师？这种定位模糊，直接导致了学习体验的碎片化和知识掌握的肤浅化。

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这本书的习题设计简直是“劝退”级别的存在，完全不符合当前高校教学和职业培训的普遍要求。如果说理论部分还能勉强用“经典”来粉饰一下，那么配套的实践环节和课后练习，则彻底暴露了其僵化和脱离实际的本质。绝大多数练习题都是概念性的、记忆性的问答，比如“简述XX传感器的四种主要类型及其工作原理”，这种题目即便不看书，靠着之前学习的通用知识也能作答，对检验学生是否真正掌握了测控系统的集成和调试能力毫无帮助。更令人啼笑皆非的是，少数几道涉及编程的题目，所要求的开发环境和硬件平台都已经停产多年，根本找不到对应的开发板或仿真工具来验证代码的正确性。例如，要求使用特定的老式并行接口进行数据传输的编程练习，在现代主流的基于USB或Ethernet的开发环境中，几乎找不到直接对应的实现路径，这使得学生根本无法在真实的软硬件平台上进行调试和学习。一个测控技术的书籍，如果不能引导学生去解决实际的I/O匹配、数据同步和实时响应问题，而只停留在枯燥的理论背诵上，那么它的实用价值就大打折扣了。

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这本书的排版简直是一场灾难，拿到手里沉甸甸的，感觉像是搬了一块砖头。装帧设计朴实得有点过分，封面那深沉的、仿佛吸光的深蓝色，配上那仿佛是上世纪八十年代打印机打出来的白色宋体小字，让人瞬间穿越回了那个没有触摸屏的年代。内页的纸张质量勉强算得上中规中矩，但油墨的扩散控制得实在不怎么样，一些细小的图表边缘模糊不清，尤其是在处理那些复杂的电路原理图时，简直是费眼力的折磨。更要命的是，很多章节之间的过渡生硬得像是在阅读一个章节目录的串联，逻辑跳跃性太大，读者需要花费极大的心力去自行构建知识的桥梁。比如，讲到某个核心算法的应用案例时，前一页还在讨论理论基础，下一页突然就跳到了实际的工控系统配置参数，中间缺失了关键的推导过程和实际操作的注意事项，使得初学者在尝试复现时会感到无从下手，只能望洋兴叹。这本书的编辑显然是在“节约篇幅”上达到了极致，但这种节约的代价是牺牲了读者的阅读体验和学习效率，让人怀疑出版方是否真的投入了足够的时间和资源去进行细致的校对和优化。整体而言，这本书的物理呈现和初步阅读感受，都透露着一种粗粝感和未加打磨的痕迹，很难让人产生深入研读的欲望。

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我花了整整一个周末的时间试图理解书中关于数据采集模块的章节，结果发现，作者似乎对“深入浅出”这个词有着自己一套非常独特的、近乎反叛的理解。书中对A/D转换器的精度和速度的讲解，大量堆砌了高深晦涩的数学公式，却没有提供哪怕一个直观的、贴近实际生产线环境的例子来进行佐证或解释。这种“高大全”式的理论灌输，对于我们这些主要从事现场维护和系统集成的工程师来说，无异于空中楼阁。更令人沮丧的是，书中引用的行业标准和规范版本非常陈旧，似乎停留在十多年前的状态，许多现在主流的工业以太网协议和安全标准只字未提，这使得书中介绍的许多“先进”技术，在实际应用中立刻暴露出了与时代脱节的窘境。我尝试根据书中的指示搭建一个简单的PID控制回路进行模拟，结果发现，书中给出的参数调整逻辑，在面对非线性负载时表现得极其不稳定，反馈延迟的处理更是简单粗暴，完全没有考虑到实际电机启动时的涌流冲击问题。这暴露了作者在理论深度与工程实践之间存在着巨大的鸿沟，理论的严谨性没能转化为可操作的指导性，使得这本书更像是一本停留在象牙塔内的学术论文集，而非一本面向工程实践的工具书。

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从作者的论述风格来看，我感觉自己像是在听一位经验丰富但极其固执的老专家在讲述他个人的“经验之谈”，而非阅读一本系统、客观的教材。书中充满了大量诸如“在我多年的实践中，发现只有这种方式才是最高效的”之类的断言，但这些论断往往缺乏必要的、可量化的数据支撑或对比实验结果来证明其“最高效”的合理性。这种高度主观化的表达，虽然在一定程度上体现了作者的资深背景，却严重削弱了知识的普适性和严谨性。例如，在讨论传感器选型时，作者强烈推崇某一款特定品牌的电涡流传感器，并详细列举了它的优点，但对于同类产品中性能更优、成本更低的竞争方案，则避而不谈或只是简单地用一句“稳定性稍逊”带过，这种倾向性太强的叙述，无疑会误导年轻的读者，让他们过早地将自己的技术视野局限在了单一的解决方案上，不利于培养他们批判性思维和多方案对比分析的能力。一本好的技术书籍应该提供尽可能全面的信息和多角度的分析，让读者自己去权衡利弊，而不是替读者做出“唯一正确”的结论。这本书在这方面做得非常不到位，读完后感觉知识点是接收到了一些，但对于如何独立、客观地进行工程决策的能力提升甚微。

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