Control Systems Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Nise, Norman S.

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:1860.00元

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isbn号码:9780471794752

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• 计算机技术
• 自动控制
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• 系统工程
• 反馈控制
• 建模与分析
• 控制器设计
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• 现代控制理论
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《理论力学：运动的探索与平衡的奥秘》 本书并非《Control Systems Engineering》，而是致力于深入剖析物理世界最基础的运动规律和力的作用原理。《理论力学》从亚里士多德的直观观察出发，历经伽利略的实验验证，最终在牛顿的经典力学体系中得以系统阐释。本书将带领读者穿越时空的轨迹，理解从微观粒子到宏观天体的各种运动形态，以及维持物体平衡的内在机制。 第一部分：运动学——描述世界的语言 运动是宇宙永恒的主题。《理论力学》的开篇，我们将聚焦于“运动学”，这是描述物体运动状态而不考虑引起运动原因的学科。 点粒子与刚体： 我们将首先建立抽象的物理模型。点粒子是最基础的概念，用于简化对物体运动的分析，忽略其尺寸和形状。随后，我们将引入刚体，一个理想化的模型，其内部任意两点之间的距离在运动过程中保持不变。这为我们分析更复杂的机械系统奠定了基础。 运动的描述： 位置： 如何精确地定义物体在空间中的位置？我们将学习使用坐标系，如笛卡尔坐标系，来量化位置的变化。 位移： 位移是物体位置变化的矢量，它指示了物体从起点到终点的方向和距离。我们将区分位移与路程，理解它们在描述运动时的不同意义。 速度： 速度是描述物体运动快慢和方向的物理量，它是位移对时间的导数。我们将深入探讨平均速度和瞬时速度的概念，理解速度随时间的变化如何影响物体的运动轨迹。 加速度： 加速度是描述物体速度变化快慢和方向的物理量，它是速度对时间的导数。本书将详细分析恒定加速度运动，以及非恒定加速度运动带来的复杂性，并引入瞬时加速度的概念。 运动的类型： 直线运动： 这是最简单的运动形式，物体沿着一条直线运动。我们将分析匀速直线运动和匀变速直线运动的规律，例如如何计算任意时刻的位置和速度，以及运动的总位移。 曲线运动： 当物体的运动轨迹不是直线时，我们称之为曲线运动。我们将重点研究最典型的曲线运动——匀速圆周运动。尽管速度大小恒定，但由于方向不断变化，匀速圆周运动的物体仍然存在加速度，即向心加速度。我们将分析向心加速度的产生原因及其大小。 抛体运动： 抛体运动是自然界中最常见的曲线运动之一，例如投掷的石块或炮弹。本书将演示如何将复杂的抛体运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀变速直线运动，从而轻松求解抛体运动的轨迹、射程、最大高度和飞行时间。 相对运动： 在日常生活中，我们经常会观察到不同参考系下物体的运动。本书将引入相对运动的概念，讲解如何描述物体相对于另一个运动参照物的运动，例如在行驶的火车上扔球的运动轨迹。 第二部分：动力学——探究运动的原因 运动固然奇妙，但引起运动的原因——力——才是理解物理世界的关键。《理论力学》的第二部分将带您走进“动力学”的殿堂。 牛顿运动定律： 这是经典力学的基石，也是我们理解物体运动原因的核心工具。 牛顿第一定律（惯性定律）： “一切物体总保持匀速直线运动或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。” 我们将探讨惯性的概念，理解为什么物体会“保持”原有的运动状态，以及力是改变物体运动状态的原因，而不是维持运动的原因。 牛顿第二定律（加速度定律）： “物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。” 这是定量描述力和运动关系的定律。我们将学习如何使用公式 $vec{F} = mvec{a}$ 来计算物体在受力作用下的加速度，并理解质量在其中扮演的角色。我们将通过大量的实例，包括不同物体在不同力作用下的运动，来巩固对牛顿第二定律的理解。 牛顿第三定律（作用力与反作用力定律）： “对于每一个作用力，总存在一个大小相等、方向相反的反作用力，并且这两个力作用在同一条直线上，分别作用在相互作用的两个物体上。” 我们将理解力的相互性，以及成对出现的力的特点，例如人推墙，墙也推人。 常见的力： 重力： 地球对物体的吸引力。我们将学习如何计算重力的大小（$G=mg$），以及重力加速度的概念。 弹力： 物体发生形变时产生的恢复力。我们将深入研究胡克定律，理解弹力的大小与形变量成正比。 摩擦力： 接触面之间阻碍相对运动或趋势的力。我们将区分静摩擦和滑动摩擦，分析它们的大小与性质，并理解摩擦力在生活中的重要作用（例如走路不打滑）。 支持力： 垂直于接触面，支持物体的力。 功和能： 力做功的多少决定了物体能量的变化。 功： 力在物体位移方向上的累积效应。我们将学习如何计算恒力做功（$W=Fscos heta$），以及变力做功的引入。 动能： 物体由于运动而具有的能量，其大小与物体的质量和速度的平方成正比（$E_k = frac{1}{2}mv^2$）。 功与动能定理： 净外力对物体所做的功等于物体动能的变化量。这是连接力和能的重要桥梁。 势能： 物体由于其相对位置或形变而具有的能量。我们将重点讨论重力势能（$E_p = mgh$）和弹性势能。 机械能守恒定律： 在只有重力或弹力做功的保守系统中，物体的总机械能（动能与势能之和）保持不变。我们将通过大量实例，理解这一重要定律的应用。 第三部分：静力学——理解平衡的智慧 并非所有物体都在运动，很多时候，它们处于静止状态，维持着一种动态的平衡。《理论力学》的第三部分将聚焦于“静力学”，探索物体处于平衡状态的条件。 力的合成与分解： 在分析物体受力时，我们常常需要将多个力合成为一个等效的合力，或者将一个力分解为几个分力。我们将学习矢量加法的平行四边形法则和三角形法则，以及如何根据力的方向将其分解到坐标轴上。 力矩： 力矩是力作用于物体产生转动的效应，它的大小等于力与力臂的乘积。我们将学习如何计算力矩，并理解力矩的方向。 物体的平衡条件： 平动平衡： 物体不受外力作用，或者受到的所有力的合力为零。 转动平衡： 物体不受外力矩作用，或者受到的所有力矩的合力矩为零。 物体的平衡： 一个物体处于静止状态，必须同时满足平动平衡和转动平衡条件。我们将通过分析各种支架、杠杆、桥梁等结构，来理解这些平衡条件是如何被应用的，并学会判断一个物体是否处于平衡状态。 贯穿全书的特色： 清晰的逻辑结构： 本书的章节安排循序渐进，从基础概念到复杂应用，层层递进，确保读者能够逐步掌握理论力学的精髓。 丰富的实例分析： 理论与实践相结合，书中穿插了大量贴近生活和工程实际的例子，帮助读者理解抽象的物理概念如何解释现实世界中的现象。 严谨的数学推导： 在讲解物理原理的同时，我们也注重数学推导的严谨性，让读者不仅知其然，更知其所以然。 启发式的问题引导： 每章末尾都设有启发式的问题，引导读者思考和巩固所学知识，培养独立解决问题的能力。 《理论力学：运动的探索与平衡的奥秘》旨在为读者构建一个清晰、系统、深刻的物理世界认知框架。无论您是物理学专业的学生，还是对自然科学充满好奇的爱好者，本书都将是您探索宇宙奥秘、理解物质世界运作规律的得力助手。它将教会您如何用科学的眼光去观察和分析周围的世界，培养严谨的科学思维，为进一步学习更高级的物理知识打下坚实的基础。

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与其他同类书籍相比，这本书在实例的应用方面做得尤为出色，它成功地将抽象的数学模型拉回了真实的工程场景。内容中穿插的案例研究并非简单的数值代入，而是展示了设计过程中完整的思维链条：从系统建模、确定性能指标、选择合适的控制器结构（PID、LQR、滑模等），直到最后的仿真与实际验证。我尤其欣赏作者对“工程妥协”这一概念的强调。在理想的教科书世界里，系统总是线性的、参数是精确已知的，但现实世界充满了非线性和约束。这本书大量引入了饱和、延迟和量化误差对控制性能的影响分析，这对于正在从事实际项目开发的专业人士来说，价值千金。例如，在讨论伺服系统的设计时，它不仅展示了如何设计一个性能优异的补偿器，还详细分析了在有限带宽和执行器限制下，如何调整设计参数以满足实际物理限制，避免控制信号的“过冲”或“饱和”，这体现了作者深厚的工程实践背景。这种“理论指导实践，实践反哺理论”的良性循环，是这本书最宝贵的财富之一。

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这本书的装帧设计相当吸引人，封面采用了深邃的蓝色调，配以简约而有力的白色字体，给人一种专业而可靠的初步印象。内页纸张的质感也出乎意料地好，阅读起来非常舒适，即便是长时间盯着密集的公式和图表也不会感到眼睛疲劳。章节的排版布局清晰有度，小标题的设置使得快速定位感兴趣的内容变得轻而易举。我特别欣赏作者在每章开头设置的“学习目标”和结尾处的“总结与思考”环节，这不仅仅是内容的简单堆砌，更像是一位经验丰富的导师在引导你逐步深入理解复杂的理论框架。例如，在介绍状态空间表示法时，它不像传统教材那样直接抛出矩阵运算，而是先用一个生动的工程实例作为引子，让读者对“为什么需要这种描述方式”有一个直观的感受，随后才进入严谨的数学推导。这种教学方法的取舍和平衡处理，显示出作者对读者认知过程的深刻体察。即便是初次接触这一领域的学习者，也能在这种循序渐进的引导下，建立起坚实的理论基础，而不是仅仅停留在公式的死记硬背上。翻阅全书，能感受到编者在细节上倾注的心血，从索引的详尽程度到参考文献的权威性选择，都体现了其力求打造一本高质量参考书的决心。

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从资源配套和学习支持的角度来看，这本书的价值远超其纸面本身。配套的在线资源库，包括大量的MATLAB/Simulink模型文件和实验数据，极大地丰富了学习体验。对于很多复杂的控制算法，仅仅通过手算验证是耗时且容易出错的，有了这些可运行的代码包作为支撑，学习者可以立刻将理论知识转化为可验证的仿真结果，这极大地缩短了从“理解”到“掌握”的距离。我发现，当我对某个传递函数进行补偿设计感到困惑时，可以立即打开对应的Simulink模型，调整参数，观察闭环系统的瞬态响应变化，这种即时反馈机制是传统自学中难以获得的。此外，作者在部分章节末尾推荐的延伸阅读文献列表也非常具有前瞻性，它们指向了该领域最前沿的研究方向和经典文献，为有志于继续深造或从事研发工作的读者指明了清晰的学术路径。这种对学习者后续发展的关怀，使得这本书不仅仅是一本教材，更像是控制工程领域学习和职业发展的一个综合性平台。

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这本书的深度和广度令人印象深刻，它绝非一本浅尝辄止的入门读物，而是真正深入到了控制系统工程的核心机理之中。阅读过程中，我深刻体会到作者在处理经典控制理论与现代控制理论之间的衔接时所展现出的高超驾驭能力。它没有将两者割裂开来，而是巧妙地展示了频域分析方法如何自然地过渡到时域和状态空间方法。尤其是在讲解鲁棒控制（H-infinity 和 $mu$ 综合）这部分内容时，作者没有回避其数学上的复杂性，但同时又通过大量的可视化工具和直觉性的解释，帮助读者理解这些先进技术背后的物理意义——即系统对模型不确定性和外部扰动的容忍能力。我记得在分析李雅普诺夫稳定性判据时，作者引入了能量函数的概念，这使得抽象的代数条件瞬间变得具体可感。对于那些希望从“会做题”提升到“懂原理”的工程师和研究生来说，这本书提供了一个极佳的平台，它鼓励读者去质疑、去探索，而不是盲目接受既有的结论。这种深度的挖掘，使得书中的知识更具生命力和应用潜力，而不是很快就会被下一代理论所取代的“过时信息”。

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这本书的叙事风格呈现出一种独特的、近乎学术演讲的节奏感，它既有德系教材的严谨逻辑，又不失美式教材的亲和力。作者在讲解概念时，语言精准而富有条理，避免了冗长和不必要的修饰，使得阅读效率非常高。它仿佛是一位经验丰富的教授在为您进行一对一的辅导，总能在关键时刻抛出一个启发性的问题，引导读者主动思考下一步的推导方向。举个例子，在讲解根轨迹分析时，作者并没有满足于给出“右半平面零点个数”的结论，而是深入探讨了该结论背后的拓扑结构和复平面映射原理，这种对基础原理的深挖，极大地增强了读者对根轨迹图的解释能力，而不仅仅是机械地绘制曲线。此外，本书的图示质量堪称一流，所有的波特图、奈奎斯特图和状态轨迹图都绘制得极为清晰，坐标轴的标注、渐近线的处理都无可挑剔，这对于依赖图形直觉的控制工程师来说，是不可或缺的便利。可以说，阅读这本书的过程，更像是一场高质量的学术对话。

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书不错,讲的算是很清楚了,不过精装书真是很难带啊

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