新农村应用数学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国农业大学

作者:凌方 编

出品人:

页数:144

译者:

出版时间:2009-9

价格:15.00元

装帧:

isbn号码:9787811178616

丛书系列:

图书标签:

• 应用数学
• 农村应用
• 数学教材
• 高等教育
• 新农村建设
• 实用数学
• 案例分析
• 问题求解
• 数学模型
• 农业科技

现代工业控制系统设计与优化 第一章：绪论与系统基础 本书旨在为工程师、研究人员以及高年级本科生提供一套全面而深入的现代工业控制系统设计、分析与实施的理论框架与实践指导。在全球制造业向智能化、柔性化转型的背景下，对高效、可靠、自适应控制系统的需求日益迫切。本章首先界定工业控制系统的范畴，探讨其在流程工业（如化工、冶金）和离散制造业（如汽车装配、电子制造）中的核心地位与演变历程。我们将追溯从继电器逻辑到可编程逻辑控制器（PLC），再到分布式控制系统（DCS）和工业互联网（IIoT）的演进路径，明确当前主流架构的优势与局限。 重点内容包括：控制系统的层次结构划分（现场层、控制层、管理层），系统性能指标的量化定义（如稳定性、瞬态响应、稳态误差），以及对系统建模方法的初步介绍。我们将详细阐述经典的反馈控制原理，包括开环与闭环系统的区别，并引入对时域和频域分析工具的基本要求，为后续的深入研究打下坚实的基础。 第二章：系统建模与辨识 准确的系统模型是设计有效控制器的前提。本章聚焦于如何从物理机理或实验数据中获取对被控对象的数学描述。 物理建模方法（第一性原理建模）： 针对常见的机械、热力学、流体力学过程，推导建立微分方程或差分方程模型。内容涵盖质量、能量守恒定律在控制系统建模中的应用，以及如何处理非线性特性，如饱和、死区和摩擦力。 系统辨识技术： 当物理模型难以精确建立时，依赖实验数据进行模型参数估计。详细介绍参数估计的常用算法，如最小二乘法（LS）、递阶矩阵法。区分时间序列辨识和频率响应辨识的适用场景。讨论模型结构的选择，例如使用传递函数模型还是状态空间模型。 非线性系统的初步处理： 介绍线性化方法（如泰勒展开），以及如何评估线性化模型在特定工作点附近的有效性。对复杂的、强耦合的多变量系统，引入区块解耦（Block Decoupling）的思想，为后续多变量控制打下基础。 第三章：经典单回路控制器的设计 本章深入探讨工业界应用最为广泛的PID（比例-积分-微分）控制器。尽管是经典技术，但其在现代工业中的优化和应用仍然是控制工程师的核心技能。 PID算法的数学基础与实现： 详细阐述比例、积分、微分项对系统动态性能的影响机制。深入探讨三种主要的数字PID实现形式（位置式、速度式、增量式），并分析它们在计算精度和抗积分饱和方面的差异。 参数整定方法： 系统介绍主流的PID整定方法。重点阐述基于系统辨识结果的理论整定（如齐格勒-尼科尔斯方法、内模控制IMC法）和基于实验试错的经验整定法。针对具有明显时间滞后的过程，讨论如何选用合适的整定规则。 PID的高级应用与鲁棒性： 探讨如何通过引入抗积分饱和技术、死区补偿、前馈控制（Feedforward Control）来改善PID的性能。讨论在过程参数轻微变化时，PID控制器的表现如何，并引入初步的鲁棒性概念。 第四章：现代控制理论与状态空间方法 本章转向基于状态空间表示的现代控制理论，为设计更复杂的多输入多输出（MIMO）系统提供工具。 状态空间模型的建立与变换： 学习如何将传递函数形式转换为标准状态空间形式（如约当标准型、可控/可观测标准型）。详细讲解系统状态的定义、状态向量与输入/输出变量之间的关系。 系统能控性与可观测性分析： 引入能控性矩阵和可观测性矩阵的概念，判断系统是否可以通过输入完全控制其状态，以及是否可以通过输出观测到所有内部状态。这是设计状态反馈控制器和观测器的先决条件。 极点配置与状态反馈： 介绍利用状态反馈矩阵 $K$ 实现闭环系统极点配置的原理，即通过调整系统动态响应的位置来满足设计要求。详细推导状态反馈的计算过程。 观测器的设计： 针对状态变量无法直接测量的场景，介绍Luenberger观测器和卡尔曼滤波（作为最优观测器的引入）的设计与实现，用于估计系统的内部状态。 第五章：先进控制技术 本章介绍用于解决强耦合、强非线性、或需要更高性能要求的先进控制策略。 多变量控制（MIMO）： 针对多个输入和多个输出相互影响的系统，介绍解耦控制策略（如逆矩阵解耦）的基本思路。深入探讨基于模型的先进控制技术——模型预测控制（MPC）。 模型预测控制（MPC）： 详细阐述MPC的核心原理，包括滚动时域优化、对约束的处理能力。讨论MPC在工业优化调度和复杂流程控制中的应用优势，并分析其实时计算的挑战。 鲁棒控制基础： 简要介绍处理模型不确定性的方法，如 $mathcal{H}_infty$ 控制的基本思想，以及它如何在保证系统稳定性和性能之间取得平衡。 第六章：可编程逻辑控制器（PLC）与系统集成 控制系统不仅是算法的实现，更是软硬件集成的工程实践。本章侧重于工业硬件平台的应用。 PLC系统架构与编程标准： 介绍现代PLC的硬件组成（CPU、I/O模块、通信模块）。详细讲解IEC 61131-3国际标准下的五种主要编程语言：梯形图（LD）、指令表（IL）、结构化文本（ST）、功能块图（FBD）和顺序功能图（SFC）。重点分析SFC在顺序控制流程中的优势。 现场总线与网络通信： 探讨工业通信协议的重要性。详细介绍主流的现场总线技术，如Profibus、Foundation Fieldbus、CANopen，以及工业以太网（如EtherNet/IP, PROFINET）在实现实时性、可靠性和互操作性方面的作用。 人机界面（HMI）与SCADA系统： 讨论操作员如何通过HMI进行监控和干预。介绍SCADA（数据采集与监视控制系统）的架构，包括历史数据管理、报警管理和趋势分析功能在现代工厂中的应用。 第七章：系统仿真、测试与维护 本章关注控制系统生命周期中的调试、验证与长期运行阶段。 控制系统仿真环境： 介绍使用MATLAB/Simulink、AMESim或专门的DCS/PLC仿真软件进行系统验证的方法。强调在实际投运前进行“软件在环”（SIL）和“硬件在环”（HIL）测试的重要性。 系统可靠性与故障诊断： 探讨如何通过冗余设计（如双机热备、三取二逻辑）提高系统可靠性。介绍基于模型的故障检测技术，如残差生成与判定，以及故障隔离的基本流程。 安全与网络保护： 鉴于控制系统日益互联，本章特别关注工业控制系统（ICS）的网络安全。讨论ISA/IEC 62443标准框架下的风险评估、纵深防御策略以及安全操作规程的制定。 本书的结构旨在从基础理论稳步过渡到复杂的工程实践，确保读者不仅理解“为什么”要使用某种控制方法，更能掌握在实际工业环境中“如何”设计、实现和维护高性能的自动化控制系统。

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作为一个在农村长大，现在又投身于乡村振兴事业的年轻人，《新农村应用数学》这本书的出现，恰好满足了我一直以来的一个需求——如何将理论知识转化为实践成果。我一直坚信，数学不仅仅是校园里的学科，更是我们解决实际问题、推动社会发展的有力工具。这本书正是这样一个桥梁。它没有高高在上的理论姿态，而是深入到农村的方方面面，从最基本的农田规划、水利工程的估算，到更复杂的农村产业发展、生态环境保护的数学模型，都进行了细致的阐述。我印象特别深刻的是关于“绿色农业”的章节，书中结合了生物统计学和运筹学的知识，为如何优化农药使用、减少化肥消耗提供了科学的计算方法，这对于我们实现可持续发展目标至关重要。此外，书中关于“数字乡村”的探讨，也让我看到了数学在信息技术与农村深度融合方面的巨大潜力。这本书让我看到了一个更具智慧、更有效率的新农村建设方向。

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这是一本真正为“新农村”量身打造的应用数学读物，它跳脱了传统数学教材的窠臼，将数学的智慧深深根植于农村发展的土壤之中。我一直觉得，很多时候我们学习的数学知识，在日常生活中显得有些“形而上”，难以找到落脚点。《新农村应用数学》则完美地解决了这个问题。它以一种非常接地气的方式，将抽象的数学概念转化为具体的农村场景。例如，书中在讲解线性规划时，不是直接给出公式，而是通过一个种植多种作物的农户如何最大化收益的实际问题来引导，让我们在解决问题的过程中自然而然地理解了数学的逻辑。对于农村的基层管理者而言，这本书提供的关于成本效益分析、项目评估、资源优化配置等方面的数学方法，无疑是提升工作效率、做出科学决策的宝贵参考。它让我看到了数学在现代农村管理中的不可或缺性，也让我对未来乡村的可持续发展充满了信心。

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这本书给我带来了很多意想不到的惊喜，作为一名常年在农村工作的技术人员，我一直觉得数学在实际应用中扮演着至关重要的角色，但很多时候，那些过于理论化的教材却让人望而却步。然而，《新农村应用数学》这本书的出现，就像一股清流，让我看到了数学在解决农村实际问题中的强大生命力。书中的案例贴近生活，从农田灌溉的水量计算，到温室大棚的采光优化，再到合作社的收益分配模型，每一个章节都紧密围绕着新农村建设的实际需求展开。作者没有堆砌复杂的公式和晦涩的定理，而是用通俗易懂的语言，辅以精美的图表和清晰的步骤，将数学知识巧妙地融入到解决问题的过程中。我尤其欣赏的是书中对数据分析方法的介绍，这对于我们更好地理解市场需求、预测作物产量、制定科学的种植计划非常有帮助。读完这本书，我感觉自己对数学的理解不再是停留在抽象的层面，而是真正看到了它在改变农村面貌、提高农民生活水平方面的实际价值。它不仅是一本数学书，更是一本关于如何运用智慧和知识建设美好新农村的指南。

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很难想象，一本名为“应用数学”的书籍，能够如此生动地描绘出新农村的未来图景。在阅读《新农村应用数学》的过程中，我感受到了一种前所未有的亲切感和启发性。这本书并非仅仅是将数学公式应用于农村场景，更是通过数学的视角，审视和解答了新农村建设过程中所面临的诸多挑战。比如，在探讨农村人口老龄化问题时，书中运用了人口统计学和概率模型来预测未来劳动力需求，并提出相应的解决方案；在分析农村教育资源均衡分配时，则引入了图论和优化算法来设计更合理的教学布局。这些内容不仅仅是理论的探讨，更是充满实践指导意义的分析。它让我深刻体会到，数学作为一门严谨的学科，同样能够承载起乡村发展的时代重任，用它的力量去赋能农村的每一个角落，让新农村建设更加科学、更加高效、更加充满智慧。

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说实话，刚拿到《新农村应用数学》这本书的时候，我有些犹豫，因为我一直对数学有着深深的“恐惧症”，总觉得它离我的生活太远。但出于对新农村建设的好奇，我还是翻开了它。结果，我被这本书深深地吸引住了。它没有像我预想的那样充斥着枯燥的公式和难以理解的逻辑，而是用非常生动有趣的方式，将数学的魅力展现在我面前。书中列举的那些例子，比如如何计算村集体经济的增长率，如何科学地规划农村旅游线路以吸引游客，如何运用概率论来评估农业保险的风险，都让我眼前一亮。我从来没有想过，原来数学可以如此贴近我们的生活，如此富有创造性。更重要的是，这本书不仅教我“怎么算”，更教我“为什么算”，让我理解了数学在决策过程中的重要性，以及如何通过数据分析来做出更明智的选择。这本书让我对数学的态度发生了翻天覆地的变化，从过去的敬而远之，到现在的主动探索，我甚至开始期待下次能用书中的知识去解决一些实际问题。

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