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出版者:北京蓝色畅想图书发行有限公司（原高等教育出版社）

作者:戴先中,赵光宙

出品人:

页数:164

译者:

出版时间:2006-4

价格:16.80元

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isbn号码:9787040192087

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好的，这是一份针对一本名为《自动化学科概论》的图书的详细简介，内容专注于该学科的广泛应用、核心理论及其发展趋势，严格避免提及“自动化学科概论”这本书本身的内容或结构。 --- 现代工业的神经系统：控制科学与系统工程的宏大叙事 在人类文明迈入信息时代和智能制造的浪潮中，有一门学科如同无形的神经系统，深入渗透到现代社会运行的每一个角落，从精密的航空航天器到复杂的能源网络，再到我们日常生活中触手可及的智能家居设备。这门学科，以其深刻的理论基础和强大的工程实践能力，正在重塑工业生产的形态，驱动着效率与性能的革命。它关注的焦点，是如何让系统自主、精确、稳定地实现预定目标，从而将人类从繁琐、重复的体力与脑力劳动中解放出来。 第一部分：从机械到智能的演进轨迹 控制科学并非一夜之间出现的全新概念，它的发展史几乎与现代工程技术的进步史同步。早期的机械装置，如古希腊的自动水钟或18世纪瓦特改进的蒸汽机飞球调速器，已经蕴含了反馈控制的朴素思想——感知现状，调整行为。然而，直到二战期间，随着雷达、导弹制导等高精度需求的出现，对系统行为的精确建模、分析和设计才被提升到了理论的高度。 这一时期的核心突破在于经典控制理论的成熟。该理论主要依赖于线性时不变（LTI）系统模型，侧重于时域和频域的分析工具，如传递函数、频率响应曲线（波德图、奈奎斯特图）等。这些工具为工程师设计出满足稳定性和暂态响应要求的控制器（如经典的PID控制器）提供了坚实的数学基础。PID（比例-积分-微分）控制器因其简单、鲁棒性强和易于实现，至今仍是流程工业和基础自动化领域的主力军，是衡量一个工业系统是否稳定运行的基石。 进入20世纪后期，系统的复杂性急剧增加。多变量耦合、强非线性、时滞效应等挑战，使得线性化方法往往捉襟见肘。这催生了现代控制理论的兴起。现代控制理论将分析视角转向了系统的“状态”，引入了状态空间描述方法。通过对系统内部状态变量的实时观测和计算，控制律的设计不再局限于输入输出关系，而是可以更精细地干预系统的内部动态。卡尔曼滤波技术的出现，标志着估计理论的里程碑，它解决了在存在随机噪声和测量不确定性时，如何实时、最优地估计系统真实状态的难题，这对于导航、定位和姿态确定至关重要。 第二部分：理论前沿与核心挑战 随着计算能力的飞跃和系统复杂性的加剧，控制理论的疆界不断拓展，涌现出一系列更具挑战性和前瞻性的研究方向。 非线性控制是当前研究的热点之一。现实世界中的许多物理现象，如流体动力学、机械摩擦和化学反应，本质上都是高度非线性的。直接在线性化系统上设计控制器，可能导致在远离工作点的区域发生灾难性的性能下降甚至失稳。因此，诸如滑模控制、反馈线性化、微分几何控制等理论，致力于在非线性系统内部构造特定的控制映射，以保证全局的稳定性和期望的动态性能。 鲁棒控制是应对不确定性的利器。任何工程系统都无法做到完美的模型，总存在模型误差、参数摄动和外部干扰。鲁棒控制的目标是设计一个控制器，使其在系统参数变化或存在未建模动态的条件下，依然能保持系统性能的稳定。$ ext{H}_{infty}$ 控制和 $mu$ 综合理论是该领域两大支柱，它们为系统设计提供了明确的“最坏情况”性能保证。 最优控制与动态规划则将控制问题提升到“效益最大化”的层面。最优控制不仅仅要求系统稳定，更要求其以“最优”的方式（如最小化燃料消耗、最小化时间延迟或最小化误差累积）完成任务。庞特里亚金的极大值原理和贝尔曼的动态规划是其理论基石，它们将控制设计转化为求解偏微分方程（如哈密顿-雅可比-贝尔曼方程），在资源受限的复杂决策场景中具有不可替代的地位。 第三部分：跨界融合与智能化的驱动力 当代控制科学的魅力在于其强大的跨界融合能力。它不再仅仅是传统意义上的“调速”或“定位”，而是与信息科学、计算机科学深度融合，成为实现自主决策和智能化的核心驱动力。 智能控制是这种融合的直接体现。它吸收了人工智能的成果，将学习、推理和适应性融入到控制器的设计中。自适应控制允许控制器根据系统环境的变化自动调整其参数，以应对未知或时变的系统特性。而模糊逻辑控制和神经网络控制则能处理那些难以建立精确数学模型的系统，通过基于经验和知识的规则或通过在线学习来指导控制动作。 特别是近年来，强化学习（RL）的崛起为复杂决策控制带来了革命性的工具。在没有明确数学模型的情况下，RL代理通过与环境的反复试错交互，学习出能够最大化长期累积奖励的控制策略。这使得无人驾驶、机器人抓取、复杂电网调度等高维、强耦合的决策问题，首次有了可行的端到端解决方案。 第四部分：工程实践中的核心应用领域 控制科学的成果正在深刻影响着多个关键行业： 1. 航空航天与国防： 精确的姿态和轨道控制是卫星、无人机和运载火箭任务成功的保证。从多级火箭的分离时序控制到高超声速飞行器的气动弹性抑制，对控制的精度和鲁棒性要求达到了物理工程的极限。 2. 过程工业与能源系统： 在石油化工、冶金和电力领域，大型反应堆、锅炉和电网的稳定运行依赖于高效的多回路控制系统。先进的过程控制（APC）技术，如模型预测控制（MPC），能够提前预测未来数小时或数天的系统行为，并根据经济性指标进行优化调度，实现能耗的最小化和产量的最大化。 3. 机器人学与自动化： 工业机器人手臂的路径规划、力反馈控制，以及服务机器人的环境感知与自主导航，是典型的控制与传感、计算的结合体。如何使机器人能安全、灵活地与非结构化环境交互，是当前机器人技术研究的核心瓶颈。 4. 生物医学工程： 模拟和控制生命体的复杂系统，如人工胰岛素泵的闭环输注系统、心脏起搏器的节奏调节，都需要应用先进的生物反馈控制技术来维持人体的动态平衡。 控制科学的未来在于更深层次的集成化、网络化和自主化。它不仅是关于“如何驱动”的技术，更是关于“如何理解、预测和优化”复杂动态行为的科学。这门学科的持续发展，将是推动下一代信息基础设施、高端制造和可持续发展目标实现的关键所在。

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我对《自动化学科概论》这本书的喜爱，很大程度上源于其深入浅出的讲解方式。即便是一些非常复杂的概念，比如最优控制、模糊逻辑等，作者都能用通俗易懂的语言和贴切的比喻来解释，使得非专业人士也能轻松理解。例如，在介绍PID控制器时，作者巧妙地将它比作一个精明的管家，能够根据房间的温度变化，适时地调整空调的开关和风速，以维持一个舒适的温度。这种生动的类比，让我在脑海中立刻形成了一个清晰的画面，也牢牢记住了PID控制器的基本原理。而且，这本书的结构安排也非常合理，从基础理论到实际应用，再到前沿技术，层层递进，逻辑清晰。每一章节都似乎是一个独立的知识模块，但又紧密相连，共同构建起一个完整的自动化知识体系。我特别喜欢书中关于“智能制造”的部分，它详细介绍了自动化技术如何驱动制造业的转型升级，实现柔性生产、个性化定制等目标。这些案例的分析非常具体，让我看到了自动化技术如何在现实世界中发挥巨大的作用，而不仅仅是停留在理论层面。这本书不仅仅是一本教科书，更像是一位循循善诱的老师，引导我一步步走进自动化这个奇妙的世界，并让我对它产生了浓厚的兴趣。

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读完《自动化学科概论》，我最深的感受是它打破了我之前对自动化“高冷”和“专业”的固有认知。作者的叙述风格非常亲切，语言也十分流畅，让我感觉像是在和一位经验丰富的专家进行一场深入的对话。他并没有使用过多的技术术语，即使有，也会立刻给出清晰的解释和例证。例如，在讲解“鲁棒性控制”时，作者用了“即使遇到一些突发情况，系统也能保持稳定运行”这样一个简单的描述，就让我立刻理解了鲁棒性的重要性。这种将复杂概念简单化的能力，正是这本书的魅力所在。而且，书中对一些自动化技术的历史渊源和发展脉络的梳理，也做得非常出色。它让我了解到，今天的自动化技术并非一蹴而就，而是经历了一个漫长而曲折的发展过程，每一次突破都凝聚了无数科学家的心血。我尤其对书中关于“人机界面”设计的讨论很感兴趣，它强调了用户体验在自动化系统中的重要性，让我意识到，一个好的自动化系统，不仅要高效可靠，更要易于操作和理解。这本书让我看到了自动化技术背后的人文关怀，以及它如何致力于提升人类的生活品质。

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《自动化学科概论》这本书的阅读体验十分愉悦，我完全沉浸在作者构建的自动化世界中。作者的文字功底非常扎实，叙述逻辑清晰，语言生动形象。他善于运用各种比喻和类比，将抽象的理论知识转化为具体的、易于理解的生动画面。例如，在解释“反馈回路”的概念时，作者将它比作一个正在学习骑自行车的孩子，不断地通过摔倒和站起来来调整自己的平衡，这个过程就是一种典型的反馈。这种细腻的描述，让我轻松地掌握了关键的知识点。而且，书中对自动化技术在不同领域应用的案例分析，都非常详实且具有代表性，让我能够直观地感受到自动化技术带来的巨大变革。我尤其喜欢书中关于“工业4.0”的章节，它详细阐述了如何利用物联网、大数据、人工智能等先进技术，构建一个高度智能化的生产体系，实现资源的优化配置和生产过程的自主可控。这本书不仅让我增长了知识，更激发了我对这个充满活力的学科的强烈好奇心和求知欲。

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《自动化学科概论》这本书的阅读过程，对我来说是一次知识和思想的盛宴。作者的叙述风格非常独特，他不仅用清晰的语言解释了复杂的概念，更融入了自己独到的见解和深刻的思考。我之前一直觉得自动化是一个技术驱动的领域，但这本书让我看到了自动化背后的人文关怀和伦理考量。例如，在讨论“人机协作”时，作者强调了在设计自动化系统时，要充分考虑人类用户的需求和感受，确保人机之间的和谐共存。这种以人为本的设计理念，让我对自动化技术有了更温暖的认知。书中对“虚拟现实”和“增强现实”在自动化领域的应用也进行了详细的介绍，让我看到了未来自动化技术发展的无限可能。想象一下，在远程操作中，可以通过VR/AR技术，身临其境地感受现场环境，并进行精准的操作，这无疑会大大拓展自动化的应用范围。这本书不仅提升了我的专业知识，更拓宽了我的视野，让我对这个学科充满了敬畏和好奇。

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《自动化学科概论》这本书的价值，在于它提供了一个全面而系统的视角来理解自动化这个庞大而复杂的学科。作者在梳理自动化发展史的同时，也深入剖析了其核心理论和关键技术。我之前对自动化的一些理解，可能只停留在一些表面的应用，比如机器人和智能家居。但通过这本书，我才了解到，自动化是一个涵盖了控制理论、信息处理、传感器技术、执行器技术等多个领域的交叉学科。作者在讲解控制理论时，并没有回避其数学基础，而是用一种循序渐进的方式，从最基础的数学模型开始，逐步推导出复杂的控制算法。这种严谨的学术态度，让我对自动化学科的科学性和严谨性有了更深的认识。而且，书中还穿插了大量的历史文献和科学家的故事，这让我在学习知识的同时，也感受到了科学探索的精神和智慧。这本书让我明白，自动化技术的发展，是人类智慧不断挑战和突破边界的体现。

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《自动化学科概论》这本书带来的启发，让我对“自动化”的理解进入了一个新的层次。它不仅仅是技术的堆砌，更是一种系统性的思维方式，一种对效率和优化的不懈追求。作者在书中详细阐述了自动化系统的构成要素，以及它们之间是如何协同工作的。例如，在分析“自适应控制”时，作者解释了系统如何根据环境的变化，实时调整自身的参数，以达到最佳的控制效果。这让我意识到，自动化不仅仅是“傻瓜式”的操作，更是一种具备“智慧”和“弹性”的能力。书中对“过程控制”的深入探讨，让我看到了自动化在能源、化工等关键行业中的重要作用，它如何保障生产的安全稳定，如何提升资源的利用效率。我尤其对书中关于“可编程逻辑控制器”（PLC）的介绍很感兴趣，它详细讲解了PLC如何成为现代工业自动化的“大脑”，如何实现复杂的逻辑控制和数据处理。这本书让我看到了自动化技术的实用性和重要性，它确实在改变着世界，让我们的生活变得更加便捷和高效。

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《自动化学科概论》这本书给我带来的震撼，远不止于知识层面的拓展，更在于它激发了我对这个学科更深层次的思考。在我看来，自动化不仅仅是技术的进步，更是一种社会生产力发展的驱动力，甚至是人类生活方式的重塑。作者在书中对自动化发展历程的回顾，不仅仅是时间线上的简单罗列，更是在探讨每一次技术飞跃背后所蕴含的哲学思考和人文关怀。比如，在讨论早期工业自动化对劳动力市场的影响时，作者并没有回避自动化可能带来的失业问题，而是深入分析了人类如何通过适应和学习新的技能，与自动化技术协同发展，创造新的就业机会。这一点让我觉得作者的视角非常成熟和全面。书中对自动化伦理问题的探讨也让我印象深刻，特别是关于机器决策的责任归属、数据隐私的保护以及人工智能的潜在风险等话题，这些都是我们在享受自动化带来的便利的同时，必须认真面对和解决的问题。作者提出的观点非常具有前瞻性，并且引用了许多国际上相关的研究和讨论，这让我感到这本书不仅具有学术价值，更具有现实指导意义。读到关于“人机协作”的部分，我更是深受启发。原来自动化并非是要完全取代人类，而是通过优化分工，让人类能够专注于更具创造性和战略性的工作，而将重复性、危险性的任务交给机器。这种“人机共舞”的理念，让我看到了自动化更人性化的一面。

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《自动化学科概论》这本书带来的启发，让我对“自动化”有了更深刻的认识，它不再是简单的机器操作，而是一种融合了多学科知识的系统性工程。作者在书中对自动化系统的构成要素进行了详细的阐述，包括感知、决策、执行等环节，以及这些环节之间如何相互协作，形成一个完整的闭环。我之前总觉得自动化是“一次性”完成的，但这本书让我了解到，很多自动化系统是具备反馈和自适应能力的，能够根据环境的变化和自身的状态进行调整和优化。这就像一个有生命的有机体，能够不断学习和进化。特别是在讨论“系统辨识”的部分，作者用大量的篇幅讲解了如何通过采集系统的数据，来建立数学模型，从而更好地理解和控制系统。这让我意识到，自动化不仅仅是设计和制造，更包含了一个持续优化的过程。书中还介绍了一些自动化系统中常用的传感器和执行器，以及它们的工作原理，这让我对自动化硬件有了更直观的了解。从微小的传感器到庞大的工业机器人，它们共同构成了自动化世界的基石。这本书让我认识到，每一个自动化系统的背后，都蕴藏着工程师们的智慧和汗水，以及对科学原理的深刻理解。

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《自动化学科概论》这本书给我带来的最大收获，是让我看到了自动化技术在解决现实世界复杂问题方面的巨大潜力。书中对各种自动化应用场景的详细介绍，让我深刻体会到自动化是如何渗透到我们生活的方方面面，并为我们带来了诸多便利。例如，在交通领域，自动驾驶技术不仅能够提高交通效率，更能大幅降低交通事故的发生率。在医疗领域，自动化设备能够辅助医生进行更精准的诊断和治疗，挽救更多生命。作者在分析这些案例时，不仅描述了技术本身，更深入探讨了自动化技术如何与现有社会结构、经济模式相融合，以及它可能带来的深远影响。我印象特别深刻的是关于“预测性维护”的部分，作者解释了如何通过自动化系统对设备进行实时监测和分析，从而提前预警潜在的故障，避免生产过程中的中断。这不仅能为企业节省大量的维修成本，更能提高生产效率和产品质量。这本书让我认识到，自动化不仅仅是技术的应用，更是一种解决问题、优化流程、提升效率的思维方式。

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终于读完了这本《自动化学科概论》，这本书真的给了我一个全新的视角去理解自动化这个领域。在我个人的认知里，自动化似乎就是机器人手臂在流水线上精准地重复动作，或者是一些智能家居设备能够听懂指令。但这本书彻底颠覆了我的刻板印象。它从自动化学科的起源讲起，追溯到蒸汽机的发明，再到信息时代的到来，梳理了自动化技术如何一步步渗透到我们生活的方方面面。我印象特别深刻的是关于控制理论的那一部分，它用清晰的逻辑和生动的例子解释了什么是反馈控制，什么是闭环系统。以前觉得这些概念很抽象，但作者通过对飞机自动驾驶、工业生产线调控等具体场景的剖析，让我恍然大悟。原来我们日常生活中接触到的许多看似“智能”的设备，背后都隐藏着如此精密的数学模型和算法。而且，这本书不仅仅局限于理论的阐述，还穿插了大量自动化技术在不同行业中的应用案例，比如智能电网、自动驾驶汽车、智慧医疗等等，这些案例的分析都非常详实，让我看到了自动化技术巨大的潜力和广阔的应用前景。特别是关于人工智能与自动化的融合部分，作者详细介绍了机器学习、深度学习等技术如何赋能自动化系统，使其能够具备更强的自主学习和决策能力，这让我对未来的自动化发展充满了期待。读完这本书，我感觉自己对自动化这个曾经模糊的概念有了一个系统性的、深入的理解，不再是碎片化的认知，而是构建起了一个完整的知识框架。

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