计算机控制系统(修订版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京理工大学出版社

作者:张宇河

出品人:

页数:240

译者:

出版时间:2002-9

价格:20.0

装帧:平装

isbn号码:9787810450362

丛书系列:

图书标签:

• 计算机
• 控制工程
• 计算机控制系统
• 控制工程
• 自动化
• 嵌入式系统
• 单片机
• 过程控制
• 智能控制
• 系统分析
• 现代控制理论
• 控制算法

深入理解现代工业的脉搏：过程控制与自动化技术前沿探析 本书聚焦于现代工业生产流程中至关重要的过程控制理论与实践，旨在为读者构建一个全面、深入且紧密结合实际的知识体系。我们不探讨特定教科书《计算机控制系统（修订版）》的内容，而是将目光投向更广阔的自动化领域，特别是那些驱动当代制造业、能源、化工等核心产业高效、稳定运行的关键技术。 第一部分：控制系统的基本原理与建模 本部分旨在夯实读者在控制理论基础上的理解，并逐步引入现代控制系统的核心挑战。 1. 经典控制理论的复习与深化： 我们从传统的反馈控制思想出发，详细解析了线性时不变（LTI）系统的时域分析，包括系统响应（瞬态响应与稳态误差）的计算方法。重点在于拉普拉斯变换在传递函数建立中的应用，以及使用根轨迹法对系统稳定性和动态性能进行图形化分析。布洛赫图代数简化和信号流图是本节的另一核心内容，用于快速推导复杂系统的等效模型。 2. 频率域分析与经典控制器设计： 频率响应分析作为经典控制的另一支柱，被置于重要位置。我们深入讲解了波德图、奈奎斯特图的绘制与解读，这些工具如何直观地揭示系统的相位裕度和增益裕度，从而评估系统的鲁棒性。基于频率响应的PID（比例-积分-微分）控制器参数整定方法，如Ziegler-Nichols法，将与基于模型的精确设计方法进行对比，探讨了不同整定策略在实际工程中的适用性与局限性。 3. 系统辨识与过程建模： 在缺乏精确物理模型的情况下，如何通过实验数据来构建描述被控对象动态特性的数学模型，是过程控制的首要步骤。本部分详细介绍了参数估计方法，包括最小二乘法及其迭代形式。我们将讨论输入信号的选择（如阶跃输入、脉冲输入、PRBS序列）对模型辨识精度和收敛速度的影响。同时，非线性系统的线性化处理方法也将被探讨，为后续高级控制器的设计打下基础。 第二部分：现代控制理论与先进控制技术 随着系统复杂度的提升和性能要求的提高，经典控制理论已不能完全满足需求。本部分转向状态空间描述和现代控制方法的应用。 1. 状态空间表示与现代控制基础： 系统状态空间模型作为描述多输入多输出（MIMO）系统的强大工具，被详尽阐述。我们将重点讨论系统矩阵（A）、输入矩阵（B）、输出矩阵（C）和直接传递矩阵（D）的物理意义。可控性与可观测性的判定准则（如利用卡尔曼矩阵）是设计状态反馈控制器的前提，这部分将进行严格的数学推导和工程实例分析。 2. 极点配置与状态反馈： 极点配置技术是状态反馈控制设计的核心。读者将学习如何通过设计状态反馈增益矩阵 $K$ 来将系统的闭环极点任意配置到s平面上的期望位置，从而实现期望的动态响应。同时，由于实际中状态变量往往无法完全观测，观测器的设计（如Luenberger观测器）成为必要环节，它如何通过输出反馈估计不可测状态，并与状态反馈结合形成完整的全维状态反馈控制结构，将进行深入剖析。 3. 最优控制：LQR/LQG理论： 当控制目标涉及最小化一个性能指标函数（通常是二次型性能指标）时，最优控制理论登场。线性二次型调节器（LQR）的设计方法，通过求解代数黎卡提方程（ARE），提供了系统性能与控制能量之间的最优权衡。在此基础上，我们将引入随机过程与滤波理论，讲解如何设计卡尔曼滤波器来估计带有噪声的系统状态，从而构建出最优估计与最优控制相结合的线性二次高斯（LQG）控制器。 第三部分：面向工程应用的数字控制与策略实现 本部分将理论与数字实现紧密结合，关注在实际DCS/PLC环境中控制算法的落地与优化。 1. 数字控制系统基础： 从连续时间系统到离散时间系统的转换是数字控制的核心。本节详述了零阶保持器（ZOH）和一阶保持器在信号重构中的作用及其引入的相位滞后。离散化方法（如前向欧拉、后向欧拉和双线性变换/Tustin变换）的选择标准和对系统稳定性的影响被重点分析，特别是双线性变换如何更好地保持连续系统的频率响应特性。 2. 现代过程控制策略： 针对复杂的工业过程，本书将介绍超越PID的先进控制策略，并着重于其实施细节： 前馈控制： 如何通过测量扰动变量，在扰动影响到被控变量之前进行预先补偿，从而提高系统对已知扰动的抑制能力。 解耦控制： 针对多变量耦合系统，介绍逆解耦和动态解耦的方法，如何将一个复杂的MIMO系统转化为一系列可独立控制的SISO系统。 先进PID变体： 如增量式PID、梯形规则积分项、抗饱和算法（Anti-Windup）在工业控制器中的标准应用。 3. 模型预测控制（MPC）原理与应用： 作为当前最主流的先进过程控制技术之一，MPC被赋予大量篇幅。我们将详细解析MPC的核心要素：系统的滚动时域、预测模型、约束处理（对输入和状态的硬约束）以及优化问题的求解过程。MPC如何有效地处理时间延迟、多变量约束和优化目标，使其成为精细化工、石油炼化等流程工业的首选策略，将通过案例分析来阐明。 第四部分：系统可靠性、实时性与工业网络 本部分关注控制系统在真实工作环境下的可靠运行保障。 1. 实时性与时间性能： 讨论嵌入式系统和实时操作系统的基本概念，如任务调度（优先级反转、死锁问题）和中断响应时间。系统的时间延迟分析及其对闭环控制性能的负面影响是工程中必须面对的问题。 2. 控制系统网络与通信协议： 现代工厂依赖于数据的高速、可靠传输。本节对比分析了工业以太网（如Ethernet/IP, PROFINET）和现场总线技术（如CAN, Foundation Fieldbus）的特点、适用场景和通信机制。安全通信（例如，数据加密和认证）在工业物联网（IIoT）背景下的重要性也将被提及。 3. 过程安全与容错技术： 流程工业对安全性的要求极高。我们将探讨安全仪表系统（SIS）与基本过程控制系统（BPCS）的层级划分。容错控制策略，包括冗余系统设计、故障诊断与隔离（FDI）的基本概念，以确保在关键组件失效时，系统仍能维持在安全运行状态。 通过以上四个维度的系统性探讨，本书旨在培养读者从理论深度理解控制原理，到工程实践中选择、设计、实现和优化复杂自动化系统的综合能力。

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选择这本书，更多的是出于对未来技术发展趋势的关注。我总觉得，计算机控制系统是未来科技发展的重要驱动力之一。从工业4.0到人工智能，几乎所有的前沿科技都离不开强大的控制系统作为支撑。我希望这本书能够为我提供一个宏观的视角，让我了解计算机控制系统的发展历程、核心技术以及未来的发展方向。我期待书中能够介绍一些前沿的控制理论和方法，例如机器学习在控制领域的应用，或者分布式控制系统的前景。我希望这本书能够帮助我建立起对这个领域更系统、更深入的认识，并为我把握未来的技术脉搏提供一些有价值的参考。同时，我也希望这本书能够激发我的思考，让我去探索计算机控制系统在解决现实世界问题方面的潜力。

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这本书的封面设计倒是挺有意思的，我当初就是被它吸引了。那种简约而不失科技感的风格，在书架上显得格外醒目。拿到手后，第一感觉是纸张的质感不错，拿在手里沉甸甸的，有一种厚实可靠的感觉，这让我对内容也充满了期待。我一直对计算机控制系统这个领域很感兴趣，总觉得它像是连接物理世界和数字世界的重要桥梁。所以，在看到这本书时，我立刻就心动了。虽然我还不曾深入阅读，但仅仅是翻阅目录和封面上的信息，就足以勾起我研究的兴趣。我特别好奇书中会如何讲解那些复杂的算法和模型，以及它们在实际应用中是如何工作的。我希望这本书能用通俗易懂的方式，将那些高深的理论转化为我能够理解的概念，并且能够提供一些实际的案例分析，让我能更直观地感受到计算机控制系统的魅力。毕竟，理论知识再扎实，也需要有实际的应用来支撑，才能真正发挥其价值。我期望这本书能够为我打开一扇新的大门，让我对这个领域有更深刻的认识，也为我未来的学习和研究提供坚实的基础。

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我是在一次偶然的机会了解到这本书的，当时看到它的书名，我第一个联想到的就是那些精密复杂的工业自动化设备，以及能够让生活变得更便捷的智能产品。我对于这种能够通过“程序”来“指挥”物理世界的系统，一直有着浓厚的兴趣。我希望这本书能够为我揭开计算机控制系统的神秘面纱，让我了解它们是如何工作的，以及在各个领域有哪些令人惊叹的应用。我尤其希望书中能有一些具体的项目实例，能够让我看到理论知识是如何转化为实际产品的。比如，书中是否会介绍如何设计一个简单的机器人手臂的控制程序，或者如何实现一个温控系统的智能调节？我希望这本书不仅仅停留在理论讲解，更能让我感受到“动手实践”的乐趣，让我对未来的学习和工作方向有更清晰的认识。

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我对这本书的购买，更多是源于一种探索未知领域的好奇心。我并非计算机控制系统的专业人士，甚至对这个领域知之甚少，但“计算机控制系统”这个名字本身就充满了吸引力，仿佛预示着一个充满智慧和创造力的世界。我希望这本书能以一种非常友好的姿态，向我这样的“门外汉”敞开大门。我期待它能够避免使用过于专业和晦涩的术语，而是用一种更加生动形象的语言来解释那些看似复杂的概念。也许可以通过一些比喻、类比，甚至是一些生活中的小例子，来帮助我理解控制系统的基本原理。我希望书中能够包含一些图文并茂的内容，用清晰的图表和插画来辅助说明，让我在阅读过程中不至于感到枯燥乏味。同时，我也希望这本书能够引导我认识到计算机控制系统在现代社会中的重要性，例如在智能家居、自动驾驶、工业自动化等方面的应用，从而激发我对这个领域更深层次的兴趣。

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我一直觉得，学习一门新的技术，最怕的就是找不到一个好的入门引路人。市面上关于计算机控制系统的书籍不少，但我总觉得它们要么过于理论化，要么又过于碎片化，很难形成一个完整的知识体系。我希望这本书能够填补这个空白。我期待它能从最基础的概念讲起，循序渐进地引导读者，一步步深入到更复杂的控制策略和系统设计。我尤其看重书中是否有清晰的逻辑结构和详实的案例，能够帮助我理解抽象的理论是如何转化为实际的工程应用的。比如，在讲解PID控制器的时候，我希望能有详细的推导过程，并且配以生动的图示和仿真示例，让我能够直观地理解其工作原理和参数调整方法。同时，我也希望书中能涉及一些当前热门的控制技术，例如模糊控制、神经网络控制等，并简要介绍它们的应用前景和优缺点。总而言之，我希望这本书能够成为我系统学习计算机控制系统的首选教材，让我能够扎实地掌握这方面的知识，并为我解决实际问题提供有力的支持。

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过多的主观臆测，所用采用元件过时，几乎没有实际意义

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