可编程控制器原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国水利水电出版社

作者:

出品人:

页数:200

译者:

出版时间:2002-6

价格:19.50元

装帧:

isbn号码:9787508410258

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 可编程控制器
• 工业控制
• 自动化
• 电气工程
• 原理
• 应用
• 编程
• 技术
• 单片机

现代机器人学导论：结构、控制与感知 图书简介 本书旨在为对现代机器人技术感兴趣的读者提供一个全面而深入的入门指南。内容涵盖了机器人学的基本理论、核心组成部分、关键控制策略以及先进的应用技术。全书以严谨的学术态度和清晰的工程实践相结合的方式展开，力求使读者不仅理解机器人工作的“原理”，更能掌握实现“应用”所需的知识和技能。 第一部分：机器人系统的基础架构（Fundamentals of Robotic Systems） 本部分将打下坚实的理论基础，介绍构成现代机器人的基本元素及其相互关系。 第一章：机器人学的历史演进与学科范畴 本章追溯了机器人学从早期的自动化设备到当代智能机器人的发展历程。我们将界定机器人的核心定义，探讨其在工业、医疗、服务和探索等领域中的广泛应用前景。重点分析了仿生学对机器人设计理念的启发作用，以及当前跨学科研究的焦点，如人机交互（HRI）和伦理规范。 第二章：机械结构与运动学基础 详细阐述了机器人执行机构的机械设计原理。内容涵盖了不同类型的机器人构型（如关节型、SCARA型、并联型、移动机器人底盘等）的优缺点及适用场景。运动学是本章的核心，我们将深入讲解正运动学（已知关节角度求末端执行器位置和姿态）和逆运动学（已知末端执行器位置和姿态求关节角度）。针对多自由度（DOF）系统，我们将引入齐次变换矩阵、欧拉角和四元数等数学工具，并讨论机器人在工作空间中的奇异性问题，这对路径规划至关重要。 第三章：动力学建模与仿真 本章侧重于描述机器人运动时所受的力和力矩。我们将介绍牛顿-欧拉法和拉格朗日法两种主要的动力学建模方法。重点分析惯性力、科里奥利力和重力对驱动器扭矩的需求影响。理解动力学模型是实现高精度控制的前提。此外，本章还将介绍如何利用专业软件对建立的动力学模型进行仿真验证，以评估控制策略的初步性能。 第二部分：感知、规划与导航（Perception, Planning, and Navigation） 机器人要实现自主运行，必须能够感知环境、理解自身状态并规划出到达目标点的路径。 第四章：机器人环境感知技术 本章聚焦于“机器人的眼睛和耳朵”。我们将全面介绍主流的传感器技术： 1. 距离与定位传感器： 编码器、超声波传感器、激光雷达（LiDAR）的工作原理及其在里程计（Odometry）中的应用。 2. 成像系统： 2D视觉系统（如特征提取、图像处理基础）与3D深度感应技术（如结构光、飞行时间ToF）。 3. 力与触觉传感器： 解释了六维力矩传感器在精密装配和人机协作中的作用。 第五章：状态估计与数据融合 采集到的原始传感器数据往往包含噪声。本章介绍如何通过数据融合技术获取机器人精确、鲁棒的状态估计。重点讲解卡尔曼滤波（KF）及其扩展形式（EKF和UKF），这些是移动机器人定位和姿态估计的核心算法。 第六章：路径规划与避障算法 路径规划是将机器人的起点与终点连接起来的抽象过程。本章内容从离散空间和连续空间两个维度展开： 1. 离散空间规划： 介绍基于图搜索的算法，如Dijkstra算法和A算法，以及它们在网格化环境中的应用。 2. 连续空间规划（采样法）： 深入探讨快速搜索随机树（RRT）及其优化版本RRT在处理高维空间和复杂约束环境下的优势。 3. 局部避障： 讲解人工势场法（Artificial Potential Field, APF）等实时反应式规划策略。 第三部分：先进的控制理论与实践（Advanced Control Theories and Practice） 控制系统是机器人的“大脑”，负责将期望轨迹转化为精确的电机指令。 第七章：经典机器人控制方法 本章回顾了基础的控制回路设计。详细分析了PID控制器在线性和非线性机器人系统中的调参技巧和局限性。随后引入了基于模型的反馈线性化和构型空间控制思想，以应对机器人固有的耦合性和非线性特性。 第八章：轨迹跟踪与鲁棒控制 为实现平滑且精确的运动，需要先进的轨迹跟踪技术。本章深入讲解基于模型的轨迹跟踪，如反馈线性化控制器的应用。此外，面对模型不确定性（如负载变化、摩擦力矩波动），我们介绍了鲁棒控制的基本概念，如滑模控制（Sliding Mode Control, SMC），以保证系统在外部干扰下的性能稳定性。 第九章：面向复杂任务的控制策略 本章探讨更高级的控制应用： 1. 操作与抓取控制： 介绍如何利用接触力反馈实现对柔性或易碎物体的安全操作。 2. 多机器人系统协调： 简要介绍分布式和集中式控制架构，以及任务分配的基本原则。 3. 人机协作（Cobots）： 探讨如何设计易于示教和安全交互的控制界面和安全边界算法。 第四部分：系统集成与未来趋势（System Integration and Future Trends） 本部分将知识点整合，并展望机器人的未来发展方向。 第十章：系统集成、测试与调试 本章强调将理论模型转化为实际产品的重要性。内容涵盖：嵌入式系统在机器人控制中的选型、实时操作系统（RTOS）的选择与应用、以及系统级调试的流程和常用工具。讨论了如何进行硬件在环（HIL）和软件在环（SIL）测试以确保系统可靠性。 第十一章：人工智能赋能下的机器人 展望未来，本章探讨了机器学习，特别是深度学习，如何革新机器人学的各个环节： 1. 模仿学习（Imitation Learning）： 机器如何通过观察人类专家快速习得复杂技能。 2. 强化学习（Reinforcement Learning, RL）： 在仿真环境中训练策略，应用于复杂决策制定和运动控制优化。 3. 语义理解： 机器人如何结合AI理解环境中的物体类别和场景意图，从而执行更高级别的任务。 本书内容覆盖了从经典机械设计到前沿智能控制的完整技术链条，适合于自动化、机械工程、电子信息等专业的本科高年级学生、研究生以及希望系统学习机器人技术并应用于工程实践的工程师和研究人员。通过本书的学习，读者将能掌握设计、建模、控制和部署复杂机器人的核心能力。

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这本书的叙述风格简直是教科书中的一股清流，完全没有那种冷冰冰的理论说教感。作者似乎深谙读者的学习心理，总能在关键节点插入一些引人入胜的案例研究。我记得有一次学习到PID控制在温度环路中的应用时，起初我还在琢磨公式的推导，结果下一页就出现了一个模拟锅炉加热过程的完整SCL（结构化控制语言）程序示例，配上详细的参数设定解释。这种“先给出成品，再剖析结构”的手法，极大地激发了我去探究“为什么是这样设计”的欲望。更值得称赞的是，书中对工业通信协议的介绍部分，并没有流于表面地提一下Modbus或Profibus，而是深入探讨了它们在实际网络拓扑结构中可能遇到的冲突解决机制和数据帧的校验过程。对于一个致力于深入理解自动化系统底层的读者来说，这种细致入微的讲解，远比泛泛而谈更有价值。这本书读下来，最大的感受是，它不仅仅教授了“如何做”，更教会了我们“为什么要这样做”。

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这本书的深度和广度都非常令人印象深刻。它不仅仅停留在对基础概念的罗列上，而是深入挖掘了可编程逻辑控制器（PLC）在现代工业自动化领域中的核心地位和运作机理。我尤其欣赏作者在讲解复杂控制算法时所采用的循序渐进的方式。初次接触PLC编程的新手，可能会被那些看似繁复的梯形图、指令表所迷惑，但这本书巧妙地将这些抽象的逻辑具象化了。比如，在讲解定时器和计数器时，书中不仅给出了标准的应用实例，还结合了实际生产线中可能遇到的“异常情况”进行分析，教导读者如何通过逻辑的巧妙组合来应对非理想状态。此外，作者对不同品牌PLC的硬件架构和软件接口的对比分析，也极大地拓宽了我的视野，让我明白在实际选型时，不能只看功能列表，更要考虑其生态系统兼容性和长期维护成本。阅读过程中，我感觉自己像是在一位经验丰富的老工程师的指导下进行项目实操，理论的坚实基础与工程实践的贴切结合，是这本书最大的亮点。它成功地架起了一座从课堂理论到车间实际应用的桥梁，让那些书本上的知识真正拥有了鲜活的生命力。

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我花了相当长的时间去对比研究这本书与其他同类教材在“故障诊断与排除”章节上的处理方式，结果是，这本书的实践指导性是压倒性的优势。很多教材将故障排除视为一个简单的流程图：看指示灯、查手册。但这本书却构建了一个基于“系统思维”的诊断框架。它引导读者从电源、I/O模块、CPU状态、现场总线乃至传感器本身，进行分层级的逻辑推理。举个例子，在分析一个间歇性停机问题时，书中列举了十几种可能的原因，并针对每一种情况，给出了在特定PLC平台下，应该在哪个监控表格或诊断缓冲区中寻找蛛丝马迹的具体操作步骤和预期的错误代码。这需要的不仅仅是知识储备，更是大量的工程经验积累。阅读这些章节，我深感作者的用心，他不是在教我们背诵故障代码，而是在传授一种科学的、结构化的排障思维模式。这种能力在实际生产线上是决定效率和安全的关键。

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这本书的装帧和排版或许没有追逐当下最流行的极简主义风格，但其内容的组织结构却展现出一种严谨的逻辑美感。每一个章节的衔接都像是精密的齿轮咬合，环环相扣，自然而然地将读者的知识体系推向更高一个层次。我尤其欣赏作者在章节末尾设置的“自测与思考”环节。这些问题往往不是简单的选择题或填空题，而是要求读者结合前文所学，设计一个小型控制方案，或者对一个既有方案提出优化建议。这迫使我们必须主动地将书本知识转化为解决问题的能力，而不是被动地接收信息。这种主动学习的机制，极大地提升了阅读的参与感和知识的吸收率。这本书真正做到了“授人以渔”，它提供了一套完整的知识体系和分析工具，让读者能够在新一代自动化设备和技术出现时，依然能够迅速掌握其核心逻辑，实现知识的迁移和持续的专业成长。

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坦白讲，市面上关于PLC的书籍汗牛充栋，很多都是在重复翻炒基础知识点，读完后感觉信息增量微乎其微。然而，当我翻开《可编程控制器原理及应用》时，立刻察觉到了它的不同寻常。它在基础构建上毫不含糊，对继电器逻辑的等效转换描绘得一丝不苟，但其真正的高光时刻在于对“高级应用”的阐述。特别是在涉及运动控制和数据处理模块的部分，作者展现出了惊人的专业功底。例如，关于伺服电机的位置、速度、扭矩三环控制的协同作用，书中不仅提供了公式，更重要的是，它解释了在PLC程序中如何用不同的扫描周期和中断优先级来保证这三个环路的实时性和稳定性。这种对时间敏感性的深刻理解，是初级读物通常会忽略的细节。这本书更像是一份企业内部的资深工程师培训手册，它期望读者不仅能“写程序”，更能“设计可靠的控制系统”。对于那些渴望从“操作员”晋升为“系统架构师”的读者来说，这本书无疑是必不可少的工具箱。

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