计算机控制技术

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出版时间:2012-3
价格:23.00元
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isbn号码:9787562413363
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  • 计算机控制
  • 自动化
  • 嵌入式系统
  • 单片机
  • PLC
  • 控制理论
  • 传感器
  • 电机控制
  • 工业控制
  • 智能控制
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具体描述

计算机控制技术,ISBN:9787562413363,作者:

《工业自动化与智能制造前沿探索》 图书简介 本书聚焦于当前工业界最为关注的前沿领域——工业自动化、物联网(IIoT)在制造领域的深度融合,以及智能制造系统的构建与优化。全书系统性地梳理了从底层感知、数据传输到云计算、边缘计算赋能的完整工业技术栈,旨在为工程技术人员、研发人员以及相关专业学生提供一套全面、深入且极具实践指导意义的参考手册。 第一部分:新一代工业通信与网络架构 本部分深入剖析了支撑智能工厂运作的通信基础设施。我们摒弃了对传统串行通信和局域网络(如Modbus/TCP)的简单罗列,而是着重探讨了面向高实时性、高可靠性要求的工业以太网(如Profinet、EtherCAT)在复杂运动控制和分布式系统中的应用机制与性能瓶颈的解决策略。 重点内容包括: 1. TSN(时间敏感网络)的工业应用: 详细解析了TSN如何通过IEEE 802.1标准族群,实现异构网络环境下的确定性通信。内容覆盖了流量整形(Shaping)、资源预留(RSV-P/Q)以及不同厂商设备间的互操作性测试案例。我们着重分析了TSN在远程I/O同步、高精度插补运动控制中的部署挑战及优化方案,而非停留在理论介绍。 2. 5G/UWB在移动机器人与AGV中的融合: 探讨了5G网络切片技术如何保障关键控制信号的低延迟通信,以及超宽带(UWB)技术在室内高精度定位和安全区域管理中的精确实现方法。书中包含多组现场测试数据,对比了传统Wi-Fi与新型无线技术在动态环境下的定位精度漂移曲线。 3. OPC UA的跨平台数据语义化: 超越基础的客户端/服务器通信模型,本书深入讲解了OPC UA的信息模型(Information Modeling)构建,特别是如何利用面向对象的描述方式,实现对复杂机械设备(如CNC机床、机器人手臂)功能和状态的标准化表达。探讨了如何利用OPC UA Pub/Sub模式,实现大规模数据的高效、低带宽传输。 第二部分:工业物联网(IIoT)与数据驱动的决策 本部分着眼于如何从海量工业数据中提取价值,并将其转化为生产力。我们强调了从数据采集到数据分析、再到系统反馈的完整闭环。 1. 边缘计算的架构设计与部署: 讨论了为什么工业控制系统需要边缘计算,它解决了传统云计算在延迟和带宽上的哪些痛点。书中提供了基于ARM架构或x86工控机的边缘计算网关的硬件选型指南,并详细介绍了如何利用Docker或Kubernetes在边缘侧部署轻量级的、具有容错能力的微服务,例如实时数据预处理和本地报警逻辑。 2. 工业大数据平台与数字孪生基础: 介绍构建可扩展的工业数据湖(Data Lake)的架构,关注于时序数据库(Time-Series Database,如InfluxDB、Prometheus)在处理海量传感器数据时的写入优化策略。在数字孪生方面,我们不只是停留在概念层面,而是详细阐述了如何通过精确的物理模型(基于有限元分析或CFD的初步简化模型)与实时运行数据进行耦合,实现对设备健康状态的预测性建模,例如预测轴承的剩余使用寿命(RUL)。 3. 基于机器学习的状态监测与故障诊断: 重点介绍如何利用采集到的振动、温度、电流等多元时间序列数据,训练有效的分类和回归模型。内容包括特征工程(如傅里叶变换、小波包分解在信号处理中的应用)、深度学习模型(如CNN、LSTM)在识别非线性故障模式中的优势,以及模型在生产现场的在线迭代与漂移监测机制。 第三部分:高级制造执行系统(MES)与优化 本部分将视角从底层控制提升到生产管理层面,探讨如何通过软件系统实现柔性制造与效率的最大化。 1. 面向敏捷制造的MES架构: 批判性地分析了传统MES的刚性结构,并提出了基于微服务架构的新一代MES设计理念。着重探讨了如何在MES中集成先进计划与排程(APS)模块,特别是如何利用启发式算法和约束编程技术,实时应对生产订单的动态变化和设备突发故障。 2. 人机交互界面的进化(HMI/SCADA): 讨论了下一代HMI应如何实现信息的可视化和认知负荷的最小化。内容涉及三维可视化技术(如Unity/Unreal引擎在SCADA中的应用),以及如何利用增强现实(AR)技术辅助现场维护人员进行故障隔离和流程指导,实现“所见即所得”的直观操作体验。 3. 工业信息安全深度防御: 鉴于OT/IT融合带来的安全风险,本书提供了针对性的加固策略。这包括但不限于:工控网络的分段隔离(Purdue模型的高级应用)、对PLC和RTU固件的漏洞扫描与补丁管理流程,以及入侵检测系统(IDS)在工业协议(如EtherNet/IP数据包)层面进行异常行为识别的方法论。 本书的每一章节都辅以丰富的工程实例和代码片段(主要涉及Python数据处理库和Java/Go语言的微服务实践),确保读者能够将理论知识直接转化为实际的工程解决方案。全书力求提供的是如何构建和优化,而非仅仅描述什么是,从而帮助读者构建起面向未来工厂的系统思维能力。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的语言风格和排版设计也让我受益匪浅。作者的写作风格非常严谨,但又不失生动性。他善于使用类比和比喻,将一些复杂的概念解释得浅显易懂。例如,在讲解离散时间系统时,他将连续时间的积分过程类比成“累加”一块一块的砖头,将离散时间的差分方程类比成“计算”每次搬运砖头的增量,这种生动的比喻让我一下子就理解了核心思想。同时,书中大量的图表和流程图也为理解复杂的算法和系统架构提供了极大的便利。我常常会花时间去仔细研究每一个图表,它们往往比大段的文字更能清晰地展示信息。书中对公式的推导过程也写得非常详细,每一步的逻辑都清晰可见,并且作者会在关键的地方给出解释,说明这个公式的物理意义或者工程含义。这种详尽的解释,对于我们这些非数学专业出身但又想深入理解控制技术的读者来说,是极其宝贵的。我尤其欣赏书中在介绍新的控制方法时,都会先回顾前面相关的知识点,形成一个连贯的知识体系,不会让读者感到突兀。这种循序渐进的学习方式,让我能够建立起扎实的知识基础,并逐步掌握更高级的内容。整体而言,这本书在内容和形式上都达到了很高的水准,它不仅是一本技术书籍,更像是一位耐心且博学的老师,引领着我不断前进。

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从一名初学者的角度来看,《计算机控制技术》这本书的叙事方式非常具有吸引力。它并没有上来就用大量生硬的术语和公式“劝退”读者,而是从一个更宏观的视角开始,介绍计算机控制技术在现代社会中的重要地位和广泛应用。作者花了相当多的篇幅去描绘计算机控制技术如何改变了工业生产、交通运输、医疗健康等各个领域,通过一个个引人入胜的案例,让我对这个学科产生了浓厚的兴趣。例如,书中描述了自动驾驶汽车如何通过传感器感知环境,并通过计算机算法实时决策,安全地行驶在复杂的道路上;也描绘了智能电网如何利用计算机控制技术,优化能源分配,提高能源利用效率。这些案例的生动性,让我觉得控制技术并不是实验室里的理论,而是实实在在影响着我们生活的技术。在介绍完背景知识后,书中才逐步深入到技术细节,从基本的数字控制原理,到各种先进的控制算法,都进行了详细的阐述。作者在解释每一个概念时,都力求清晰明了,并辅以大量的图示和示例,这使得即使是初学者也能逐步理解。我特别喜欢书中关于“控制器的设计”这一部分,它并没有简单地给出设计步骤,而是从系统性能指标出发,引导读者思考如何根据这些指标来选择和设计合适的控制器,这是一种非常启发式的教学方法。

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《计算机控制技术》在知识点的深度和广度上都达到了令人称赞的水平。作者不仅覆盖了数字控制的基础理论,还深入探讨了现代控制工程中常用的各种高级控制策略。我尤其被书中关于“非线性系统控制”的章节所吸引。对于非线性系统,其数学模型复杂,线性控制方法往往难以适用。本书详细介绍了多种处理非线性系统的方法,如反步法、滑模控制等。作者通过对一个具体非线性系统(例如,一个带死区或饱和的执行器)的分析,演示了如何运用这些方法来设计鲁棒的控制器。这让我意识到,在现实世界中,许多系统都存在不同程度的非线性特性,而掌握这些非线性控制技术,对于解决更广泛的工程问题至关重要。此外,书中还对“系统辨识与自适应控制”进行了深入的探讨。在许多实际应用场景中,被控对象的模型并不总是精确已知的,或者会随着时间的推移而发生变化。自适应控制正是为了应对这些挑战而设计的。书中详细介绍了多种自适应控制算法,以及它们如何在线调整控制器参数,以适应被控对象的变化。通过书中提供的案例,我理解了自适应控制在诸如飞行器控制、机器人控制等领域的重要作用。

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这本书的章节安排和知识递进逻辑,无疑是我阅读体验中非常重要的一部分。《计算机控制技术》并非将所有内容一股脑地抛给读者,而是循序渐进地构建起一个完整的知识体系。开篇从基础的数字控制理论入手,讲解了采样、量化、保持等基本概念,以及离散时间系统的表示方法。这些内容为后续更复杂的算法打下了坚实的基础。紧接着,书中详细介绍了经典的PID控制算法,并对其进行深入剖析,包括参数整定方法和在实际系统中的应用。我发现,很多工程实践中遇到的问题,都可以通过对PID控制的深刻理解和灵活运用来解决。之后,本书引入了更先进的控制理论,如状态空间法、最优控制、模糊控制、神经网络控制等。作者在介绍这些新方法时,都会先回顾相关的基础知识,并阐述它们相比于传统方法的优势和适用范围。我尤其对书中关于“控制系统仿真”的章节印象深刻。书中介绍了如何利用MATLAB/Simulink等仿真工具来对控制系统进行建模和仿真分析,这对于验证控制算法的设计效果,以及进行参数优化,具有极其重要的意义。我尝试跟着书中的例子,在Simulink中搭建了一个简单的控制系统模型,并进行了仿真,感觉自己真正地“动手”实践了控制理论,这种成就感是巨大的。

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初次翻开《计算机控制技术》,我内心是带着一丝忐忑和期待的。作为一名对自动化领域充满好奇的学生,我知道这本书的重要性,但同时我也担心它会像许多技术书籍一样,枯燥乏味,充斥着晦涩难懂的公式和理论。然而,当我沉浸其中,随着作者的引导,我逐渐被书中描绘的精彩世界所吸引。它并没有一开始就抛出复杂的数学模型,而是循序渐进地从最基础的概念讲起,比如计算机在控制系统中的核心作用,以及它如何改变了传统控制的模式。我尤其喜欢作者在介绍数字化过程时,用到的那些形象的比喻,将原本抽象的采样、量化、编码等步骤,描绘得如同在观察流水线上的工件一样清晰。书中对各种控制算法的阐述,也并非简单罗列,而是深入剖析了它们各自的优缺点,以及在不同应用场景下的适用性。例如,在讲到PID控制时,作者并没有止步于公式,而是花了大量篇幅去解释比例、积分、微分三个参数的物理意义,以及它们如何影响系统的响应速度、稳定性和精度。我还记得书中关于模糊控制的部分,作者用生活中的例子,比如如何根据“水开了”这个模糊的概念来调节炉火大小,让我一下子就理解了模糊逻辑的精髓。整本书的逻辑结构非常清晰,从宏观的系统架构到微观的算法细节,都安排得井井有条,仿佛一位经验丰富的导游,带着我一步步探索计算机控制技术的奥秘。阅读过程中,我常常停下来,思考书中的概念如何与我已有的知识相联系,又如何拓展了我的视野。这本书不仅仅是技术资料的堆砌,更是一种思维方式的启迪,让我开始从系统的角度去审视问题,并尝试用计算机的力量去解决它们。

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《计算机控制技术》这本书的内容结构安排得非常合理,学习起来循序渐进,而且富有深度。《计算机控制技术》并非一本仅仅停留在基础概念的书籍,它大胆地将前沿的控制理论和技术也囊括其中,并以一种引人入胜的方式呈现给读者。我被书中关于“智能控制”的章节深深吸引。这部分内容涉及到了将人工智能技术,如模糊逻辑、神经网络、遗传算法等,应用于控制系统的设计。作者通过一些案例,例如如何利用模糊逻辑控制器来实现对洗衣机洗涤过程的智能调节,或者如何利用神经网络来学习并控制一个复杂的机器人系统,让我深刻地体会到了人工智能与控制技术结合所带来的巨大潜力。书中对这些智能控制方法的原理、设计过程以及优缺点都进行了详细的阐述,让我对如何构建更加智能化的控制系统有了清晰的认识。此外,书中还对“分布参数系统控制”这一更具挑战性的领域进行了初步的介绍。这类系统,其状态在空间上是连续变化的,例如管道中的流体流动,或者材料的温度分布。作者通过一些简化的模型,展示了如何运用偏微分方程和相应的控制方法来处理这类系统,这让我看到了控制技术在解决更复杂、更庞大的工程问题上的广阔前景。这本书的深度和前瞻性,让我对其赞不绝口。

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在阅读《计算机控制技术》的过程中,我最惊喜的发现是它在理论深度和实践指导之间的绝佳平衡。作者并没有回避复杂的数学推导,但他总是能巧妙地将这些推导与实际的工程问题联系起来。例如,在讲解状态空间方法时,书中不仅给出了详细的数学公式,还通过一个具体的二阶系统例子,演示了如何通过求解矩阵方程来分析系统的稳定性。我特别喜欢书中关于模型辨识的部分,它解释了如何从实际观测到的数据中建立被控对象的数学模型,这对于实际工程设计至关重要。书中提供的几种常用模型辨识方法,如最小二乘法和系统辨识工具箱的使用,都配有详细的步骤和图示,让即使是初学者也能尝试去实践。另外,书中关于鲁棒控制和自适应控制的内容,让我对如何处理不确定性和变化的环境有了更深入的理解。在实际工程中,被控对象往往存在不确定性,外部干扰也难以预测,而这些先进的控制策略正是为了解决这些难题而设计的。书中通过一些典型的案例,如无人机在风扰下的飞行控制,或者机器人手臂在负载变化时的自适应调整,生动地展示了这些控制方法的威力。我曾遇到过类似的问题,当时只能依靠经验和一些粗糙的调整来勉强维持系统运行,读完这部分内容后,我豁然开朗,仿佛找到了解决问题的“钥匙”。这本书的实用性体现在它不仅仅是知识的传授,更是能力的培养,它教会我如何将理论转化为解决实际问题的工具。

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《计算机控制技术》这本书的内容深度无疑是其最大的亮点之一。作者在分析每一个控制算法时,都不仅仅停留在表面,而是深入到其背后的数学原理和工程实现细节。我特别着迷于书中关于最优控制和模型预测控制(MPC)的章节。在最优控制部分,作者详细介绍了如何定义性能指标,然后利用变分法等数学工具推导出最优控制律。虽然这些推导过程相当复杂,但作者通过一个简单的例子,例如使一个弹簧-阻尼系统在最短时间内达到平衡,来展示最优控制的求解过程,这极大地降低了理解门槛。而模型预测控制(MPC)部分,更是让我大开眼界。它利用被控对象的未来模型来预测系统的行为,并在一系列控制输入中找到最优的那个,以优化未来的性能。书中通过一个多变量化工过程的控制案例,生动地展示了MPC如何在存在约束条件的情况下,实现对复杂系统的精确控制。这种“展望未来”的控制思想,让我对现代控制理论的精妙之处有了全新的认识。我之前对一些难以处理的系统,如存在耦合效应和约束条件的多输入多输出系统,感到束手无策,而MPC的出现,则为我提供了解决这些难题的有力武器。书中对于MPC算法的离线和在线计算的讨论,以及其在硬件实现上的挑战,也让我对理论知识如何转化为实际应用有了更深刻的理解。

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这本书的内容涵盖的广度让我印象深刻,它不仅仅局限于理论的探讨,更大量地涉及了实际的应用案例。我特别关注了书中关于工业自动化和机器人控制的部分。在工业领域,作者详细阐述了计算机控制系统如何在生产线上实现高精度、高效率的自动化生产,例如在精密机械加工、化工过程控制以及物流仓储等方面的应用。书中对 PLC(可编程逻辑控制器)的介绍,让我对这种工业界“主力军”有了更直观的认识,从它的硬件结构到编程语言,再到实际的故障排除,都进行了细致的讲解,让我这个初学者也能窥探到工业控制的门道。在机器人控制方面,书中对多自由度机械臂的运动学和动力学进行了深入的分析,并介绍了如何利用计算机算法来规划机器人的运动轨迹,实现复杂的抓取、搬运和焊接任务。我被书中描绘的机器人协同工作的场景所吸引,它们之间的精确配合,完全依赖于背后强大的计算机控制系统。此外,书中还触及了智能交通系统、航空航天以及医疗设备等前沿领域的应用,这让我看到了计算机控制技术的无限可能性,它正悄无声息地渗透到我们生活的方方面面,并不断推动着社会的进步。我曾一度认为,控制技术离我的日常生活很遥远,但这本书彻底改变了我的看法。我开始意识到,从智能手机的触摸屏,到汽车的自动驾驶,再到智能家居的联动,背后都有着精密的计算机控制技术在默默工作。书中的实例分析,让我能够将抽象的理论与实际产品联系起来,从而更深刻地理解知识的价值。

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这本书的实践指导性让我印象深刻,它不仅仅是理论的堆砌,更充满了实际工程中的考量。《计算机控制技术》在阐述理论的同时,也非常注重工程实现的可行性和实际应用中的注意事项。例如,在介绍数字控制器设计时,书中不仅讲解了算法的原理,还详细讨论了采样周期的选择、量化误差的影响、以及控制器在数字硬件上的实现问题。作者还特别强调了“鲁棒性”设计的重要性,即控制器应该能够在存在模型不确定性、外部干扰和参数变化的情况下,仍然保持良好的性能。书中提供了多种提高系统鲁棒性的方法,如H无穷控制、LMI(线性矩阵不等式)方法等,并对其进行了详细的分析和案例演示。我尤其关注了书中关于“控制器调试与故障诊断”的部分。在实际工程中,控制器的设计仅仅是第一步,如何有效地调试控制器,并对系统可能出现的故障进行诊断和排除,同样至关重要。书中提供了一些常用的调试技巧和故障诊断思路,这对于提高工程实践能力非常有帮助。我曾有过在现场调试一个控制系统时,因为对这些细节考虑不足而陷入困境的经历,读完这部分内容后,我感到受益匪浅,仿佛学到了“实战秘籍”。

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