计算机控制系统分析与设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:张玉明 编

出品人:

页数:391

译者:

出版时间:2000-10

价格:39.00元

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isbn号码:9787508303420

丛书系列:

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• 控制系统
• 计算机控制
• 系统分析
• 系统设计
• 自动化
• 控制工程
• MATLAB
• Simulink
• 反馈控制
• 现代控制理论

好的，以下是一份关于《计算机控制系统分析与设计》以外主题的图书简介，内容详尽，旨在提供一个独立、专业且引人入胜的阅读视角。 --- 《现代集成电路设计与信号完整性分析》 内容概要： 本书深入探讨了当代高速、高精度集成电路（IC）设计领域的核心挑战与前沿解决方案。随着半导体工艺节点的不断缩小和系统工作频率的持续攀升，传统的设计范式已无法满足现代电子系统对功耗、速度和可靠性的苛刻要求。本书聚焦于从系统级架构到晶体管级物理实现的全流程设计方法论，特别强调了信号完整性（Signal Integrity, SI）和电源完整性（Power Integrity, PI）在先进设计中的决定性作用。 第一部分：系统级与架构设计 本部分首先回顾了半导体技术的发展历程及其对系统架构的驱动力。重点分析了现代SoC（System on Chip）和FPGA（Field-Programmable Gate Array）的结构特性，如多核处理器、异构计算单元的互连需求。 1.1 层次化设计流程与设计空间探索 (DSE)： 详细阐述了从功能规格定义到 RTL（寄存器传输级）实现的完整流程。探讨了如何利用高级综合（High-Level Synthesis, HLS）工具加速设计迭代，并通过精确的功耗和时序预算管理，在设计初期锁定关键性能指标。特别介绍了基于RISC-V等开源指令集架构的定制化处理器核心设计策略，及其在嵌入式系统中的应用。 1.2 接口标准与片上传输协议： 深入剖析了当前主流的高速串行和并行接口技术，包括PCI Express (PCIe) Gen5/Gen6、DDR5/LPDDR5以及高带宽内存（HBM）的物理层协议。内容涵盖了这些协议对时钟域同步、差分信号设计和数据编码（如8b/10b, 128b/130b）的严格要求，并提供了在实际布局布线阶段如何确保这些规范得以满足的指导。 第二部分：模拟与混合信号设计基础 本部分聚焦于高精度模拟电路在数字系统中的桥接作用，尤其关注数据转换器（ADC/DAC）的设计。 2.1 低噪声与高线性度放大器设计： 探讨了不同拓扑结构（如折叠式、共源共栅）在不同应用场景下的优劣。重点分析了噪声分析技术，包括白噪声、闪烁噪声（Flicker Noise）的建模与抑制，以及跨导-电容（Gm/Id）方法在低功耗/高线性度运放设计中的应用。 2.2 数据转换器架构与失真分析： 全面解析了SAR（逐次逼近）、Sigma-Delta ($DeltaSigma$) 和流水线（Pipelined）ADC的设计原理。详细介绍了关键性能指标如SNR（信噪比）、THD（总谐波失真）的计算与优化，并讨论了量化噪声整形技术在提高有效位数（ENOB）中的作用。 第三部分：信号完整性与高速互连建模 这是本书的核心和重点。在数GHz的工作频率下，PCB走线和芯片封装引线不再是理想的导体，必须作为复杂的传输线系统进行精确建模和仿真。 3.1 传输线理论与频域分析： 从集总元件模型过渡到分布式参数模型，详细推导了具有损耗的传输线方程。引入了S参数（散射参数）的概念，解释了S参数如何全面描述一个多端口网络的频率响应特性，及其在IBIS（I/O Buffer Information Specification）模型建立中的应用。 3.2 串扰与反射分析： 深入研究了阻抗不匹配导致的信号反射（回波损耗）问题，以及并行走线间的耦合噪声（串扰）。提供了时域反射计（TDR）和时域交叉谱（Mask）的测量方法，并给出了优化端接电阻和耦合间距的工程准则。针对过孔（Via）和连接器引入的寄生电感和电容效应，本书提供了电磁场仿真（EM Simulation）的设置技巧。 3.3 抖动（Jitter）与定时裕度： 阐述了时钟信号和数据信号中抖动的来源（如PLL/CDR噪声、串扰、热噪声）。对确定性抖动（DJ）和随机抖动（RJ）进行了严格的统计学分析，并教授如何利用眼图模板（Eye Diagram Mask）来评估系统级的定时裕度（Timing Margin）。 第四部分：电源完整性（PI）与电磁兼容性（EMC） 稳定的电源是高速电路正常工作的基石。PI问题是导致系统不稳定、误码率升高的常见原因。 4.1 电源传输网络（PDN）建模： 将片上、封装和PCB层面的去耦电容和地平面/电源平面视为一个复杂的阻抗网络。介绍了PDN阻抗的定义及其在不同频段的目标值。重点分析了去耦电容的选择策略（从几皮法到几十微法的组合），以及片上电容的有效利用。 4.2 瞬态电流与电压跌落分析： 针对快速开关电路（如CPU核）产生的瞬态电流尖峰，本书提供了精确的电流需求预测模型。通过仿真工具分析了“去耦电容不足”或“电源路径电感过大”导致的瞬态电压跌落（Power Supply Noise/Droop），并提出了多层板堆叠优化方案。 4.3 电磁兼容性（EMC）考量： 将SI/PI知识扩展到系统级辐射发射和抗扰度。探讨了平面设计中的缝隙（Slot）效应、辐射路径的识别，以及屏蔽技术（Shielding）在抑制EMI/RFI中的应用。内容涉及标准的电磁兼容性测试（如CISPR标准）对PCB设计规范的指导意义。 面向读者： 本书面向电子工程、微电子学、通信工程等相关专业的本科高年级学生、研究生，以及从事集成电路设计、高速PCB设计、系统硬件架构定义的工程师和研发人员。阅读本书要求具备扎实的电路理论基础和熟悉至少一种SPICE类仿真工具的使用经验。本书旨在提供从理论基础到工程实践的无缝衔接，助力读者掌握应对未来电子系统设计挑战的关键技能。

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这本书真的是我近年来读过的最扎实、最有价值的技术书籍之一。它成功地连接了理论的严谨性和工程的实用性，这一点在很多学术著作中是很难得的。我尤其欣赏它在讲解状态空间方法时所展现出的清晰度和深度。过去，我总觉得状态空间描述虽然强大，但理解起来有些抽象，尤其是对于高阶系统，如何直观地理解状态变量以及它们在系统动态中的作用，一直是个难题。这本书通过大量精心设计的例子，将抽象的概念具体化。它不仅仅是告诉你如何建立状态方程，更重要的是，它解释了状态变量在系统内部的物理含义，以及它们如何影响系统的整体行为。比如，在分析系统的能控性和能观性时，书中提供的几何解释和直观图示，比单纯的数学推导更能帮助我理解其背后的原理。它让我明白，能控性实际上是在描述我们能否通过控制输入来操纵系统的所有状态，而能观性则是在描述我们能否通过测量输出来准确地推断出系统的所有状态。这种深入的理解，对于设计更有效的控制器至关重要。此外，书中关于状态反馈控制器设计的部分，比如极点配置和LQR，也让我看到了控制设计的另一种可能性。我过去更多地依赖于频率域的PID控制器设计，而状态反馈则提供了一种更直接、更灵活的手段来影响系统的动态响应。它让我想到了，控制器的设计不仅仅是调整一些参数，而是可以根据系统的内部状态来实时调整控制策略，从而达到更优的性能。这本书给了我很多新的启发，让我对控制系统的设计和分析有了更全面的认识。它鼓励我去探索不同的控制方法，并理解它们的适用范围和优缺点。

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这本书是我近期读过的关于计算机控制系统最有启发性的著作之一。它成功地将抽象的数学理论与具体的工程应用联系起来，让我对控制系统的设计和分析有了更深刻的理解。我尤其赞赏它在讲解线性二次最优控制（LQR）时的条理性。过去，我对LQR的理解总停留在公式层面，不太清楚如何选择权重矩阵以及这些选择对控制性能的具体影响。这本书通过详细的解释，让我明白了权重矩阵实际上是在权衡状态变量的偏差和控制输入的能量，而通过调整这些权重，我们可以实现对系统性能的精细化调控。它让我看到了，最优控制不仅仅是为了达到某种目标，更是一种对系统资源的有效利用和对性能的优化。此外，书中关于系统辨识的章节也让我受益匪浅。在实际工程中，我们往往无法获得精确的系统模型，而系统辨识技术能够帮助我们从实验数据中估计出系统的动态特性。这本书详细介绍了各种系统辨识方法，包括参数辨识和模型结构辨识，以及它们在不同场景下的适用性。它让我明白，即使没有精确的模型，我们依然可以通过数据驱动的方式来设计有效的控制器。它为我提供了一套完整的工具，让我能够更好地应对实际工程中的挑战。这本书的知识体系非常完整，覆盖了从基础理论到先进控制策略的多个方面，对于我这样希望在控制领域不断深耕的工程师来说，无疑是一笔宝贵的财富。

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这本书真是让我大开眼界！作为一名在自动化领域摸爬滚打了多年的工程师，我一直觉得理论知识和实际应用之间总隔着一层纱。这本书，绝对是我拆掉那层纱的利器。它不光是讲了“是什么”，更深入地剖析了“为什么”和“怎么做”。比如，书中对PID控制器的分析，我以为自己早就烂熟于心了，但读完这部分，我才真正理解了比例、积分、微分参数背后的物理意义，以及它们是如何在实际系统中相互作用、影响系统稳定性和响应速度的。它提供了一个全新的视角，让我能够更清晰地看到控制器参数调整对整个系统性能的影响，甚至能够预判某些参数组合可能带来的潜在问题。不只是PID，书中对状态空间方法的阐述也极具启发性。我一直觉得状态空间是一种更高级、更抽象的描述方式，但这本书通过大量的实例，将抽象的概念具象化。从如何建立状态方程，到如何分析系统的可控性和可观测性，再到如何设计状态反馈控制器，每一个步骤都衔接得非常自然，逻辑严谨。特别是那些关于极点配置的讨论，我过去总是死记硬背公式，现在则能理解其背后的几何意义和设计思路。它教会我如何根据系统的性能指标，主动地将系统的动态特性“搬移”到期望的位置，这对于设计满足特定要求的控制器至关重要。而且，这本书在讲解理论的同时，并没有忽视实际工程中的考量。例如，在讨论数字控制时，它详细讲解了离散化方法，以及采样时间对系统性能的影响，这在许多理论书籍中是被一带而过的。它还提到了实际系统中可能存在的非线性和扰动，以及如何通过一些鲁棒控制技术来应对这些挑战。这些内容对于我这样需要在复杂环境下进行系统设计的工程师来说，是极其宝贵的。这本书就像一位经验丰富的导师，不仅传授知识，更传授思维方式。我发现自己在阅读过程中，会不自觉地将书中的概念应用到我正在处理的实际问题上，很多困扰我已久的难题，在书中的指导下，似乎都有了清晰的解决思路。它真正做到了“授人以鱼不如授人以渔”，让我能够独立地去分析和设计更复杂的控制系统。

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我真的要为这本书点赞！作为一个在嵌入式领域工作的工程师，我经常需要将理论上的控制算法转化为实际的代码，并在微控制器上实现。这本书在这方面提供了非常宝贵的指导。它不仅仅停留在理论层面，而是深入探讨了数字控制系统的实现细节。例如，关于离散化方法，它不仅介绍了欧拉法、零阶保持法等，还详细分析了它们在不同应用场景下的优缺点，以及它们对系统性能的影响。这让我能够根据具体的硬件资源和性能要求，选择最合适的离散化方法。更重要的是，书中讨论了数字控制器设计中的一些实际问题，比如量化误差、计算延迟以及溢出等。这些问题在理论分析中往往被忽略，但在实际的嵌入式系统中却是至关重要的。它提供了一些实用的策略来缓解这些问题，比如使用固定点运算、优化算法的计算复杂度等。这让我避免了很多走弯路的时间和精力。我记得有一段时间，我负责的一个项目，在移植一个PID控制器到DSP芯片上时遇到了很大的挑战，主要是因为DSP的运算精度和速度有限。通过回顾这本书中关于数字控制器实现的章节，我重新审视了我的算法，并对其进行了优化，最终成功地解决了问题。这本书对于数字控制系统的设计和实现，提供了一套完整的思路和方法。从系统建模、离散化，到控制器设计、仿真验证，再到最后的嵌入式实现，每一个环节都得到了细致的讲解。它让我看到，理论与实践之间并非不可逾越的鸿沟，而是可以通过系统性的方法论来连接的。它不仅仅是一本理论书籍，更是一本实践指南。

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我必须说，这本书的写作风格非常独特，它不是那种枯燥乏味的教科书，而更像是一位经验丰富的老工程师在娓娓道来。我尤其喜欢它在分析各种控制算法时，所展现出的那种“庖丁解牛”般的精准。以模糊逻辑控制为例，我过去一直认为模糊控制是一种“模糊”的科学，很难精确地描述其行为。但这本书通过清晰的隶属度函数定义、模糊规则的构建以及模糊推理过程的讲解，让我看到了模糊控制背后严谨的逻辑。它不仅仅是教我如何设计一个模糊控制器，更重要的是，它解释了模糊控制是如何模拟人类的经验和直觉来做出决策的。这让我意识到，在某些难以建立精确数学模型的系统中，模糊控制可以提供一种非常有效的解决方案。书中还提供了一些关于如何选择合适的模糊变量、隶属度函数以及模糊规则的指导，这些都是非常有价值的实践经验。另外，对于自适应控制的讲解也让我受益匪浅。在许多实际系统中，系统的参数会随着时间和环境的变化而发生改变，传统的固定参数控制器可能无法满足要求。这本书详细介绍了自适应控制的原理，比如梯度自适应、Lyapunov自适应等，以及它们在不同场景下的应用。它让我看到了，如何设计一个能够“学习”和“调整”自身的控制器，以应对动态变化的系统。这对于一些具有非线性、时变特性的系统，比如机器人控制、自动驾驶等，具有非常重要的意义。这本书的知识广度和深度都令人印象深刻，它为我打开了新的思路，让我对控制系统的可能性有了更深的理解。

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这本书的理论深度和广度都令人钦佩，它成功地将复杂的控制理论知识体系化，并以一种易于理解的方式呈现出来。我特别喜欢它对状态反馈控制器设计的阐述，它不仅提供了数学上的推导，更重要的是，它解释了状态反馈的物理意义。它让我明白，通过对系统状态的测量和反馈，我们可以主动地调整系统的动态特性，比如改变系统的极点位置，从而实现期望的响应。书中关于极点配置的讨论，让我看到了如何根据系统的动态要求，将系统的极点“放置”到合适的位置，这是一种非常主动和灵活的控制设计方法。它不仅仅是让系统稳定，更是让系统按照我们的意愿来运行。此外，书中对模型预测控制（MPC）的介绍也给我留下了深刻的印象。MPC能够预见系统的未来行为，并基于此来优化控制输入，这在许多需要高精度跟踪和最优控制的应用中具有巨大的潜力。它让我看到了，控制系统设计可以变得更加智能化和前瞻性。书中对MPC的原理、预测模型、代价函数以及滚动优化等核心概念都进行了清晰的讲解，这为我进一步深入研究MPC打下了良好的基础。它让我看到了，控制理论的边界正在不断拓展，新的控制方法层出不穷。这本书不仅巩固了我现有的知识，更激发了我探索新的控制技术的兴趣。

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我之前一直认为，最有效的控制策略应该是最复杂的，能够充分考虑系统所有细节的。但这本书让我改变了这种看法，它教我理解如何根据实际需求，选择最合适、最简洁的控制方法。我尤其对书中关于工程实用性考虑的讨论印象深刻。例如，在讨论数字PID控制器实现时，它不仅仅给出了离散化公式，还详细分析了不同离散化方法的计算量、数值稳定性以及对控制性能的影响。这让我明白，在实际工程中，我们往往需要在性能和计算资源之间做出权衡。它鼓励我们选择那些在满足性能要求的前提下，计算量最小、实现最简单的算法。这一点对于资源受限的嵌入式系统来说尤其重要。此外，书中还探讨了许多关于控制器整定和调优的实际技巧。例如，如何利用 Ziegler-Nichols 方法进行初步整定，以及如何根据系统的实际响应进行精细调整。这些技巧都是在多年的工程实践中总结出来的宝贵经验，对于快速有效地优化控制器参数非常有帮助。它让我看到，控制器的设计不仅仅是理论上的推导，更需要结合实际的试凑和经验。它还提到了许多关于故障诊断和容错控制的思想，虽然这部分内容可能在其他书中更深入，但这本书将其作为基础控制理论的延伸来讲解，让我对这些先进概念有了初步的认识，并且知道它们是如何建立在扎实的控制理论基础之上的。这本书的价值在于它不仅传授知识，更培养了我解决实际工程问题的能力。

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我必须承认，这本书在我的职业生涯中扮演了重要的角色。起初，我只是想找一本能帮助我巩固和深化计算机控制系统知识的书籍，但我没想到它会带来如此深刻的改变。它不仅仅是知识的堆砌，更是一次思维的重塑。例如，关于系统建模的部分，我过去对于建立精确的数学模型总是感到头疼，总觉得理论模型和实际系统之间存在巨大的鸿沟。但是，这本书提供了一套系统性的方法论，从物理建模到辨识建模，都进行了详细的阐述。它不回避模型简化过程中可能带来的误差，反而教我们如何量化这些误差，以及在模型不精确的情况下如何设计鲁棒的控制器。这一点让我受益匪浅。我过去常常陷入“模型不够精确，控制就无法进行”的死胡同，而这本书让我明白，在很多情况下，我们可以在一定的不确定性下实现有效的控制。它鼓励我们拥抱不确定性，并通过设计合理的控制策略来克服它。此外，书中关于线性二次调节器（LQR）的讲解也让我耳目一新。LQR是一种非常强大的优化控制方法，但往往被认为比较高深。这本书通过直观的图示和逐步推导，将LQR的设计过程变得易于理解。它清晰地解释了性能指标函数中权重矩阵的选择对控制性能的影响，以及如何通过调整这些权重来实现最优的控制策略。这比我之前接触的任何关于LQR的资料都要清晰和透彻。它让我看到，控制器的设计不仅仅是满足稳定性或响应速度的要求，更可以是一种对系统性能的精细化优化。最让我印象深刻的是，书中并非简单地罗列公式，而是花了很多篇幅去解释这些公式的物理含义和工程意义。例如，在分析系统的稳定性时，它不仅仅给出了判据，更解释了这些判据是如何反映系统能量的耗散或积累的。这种深入浅出的讲解方式，让我真正理解了控制理论的精髓。它不仅仅是在教我“如何做”，更是在教我“为什么这样做”。这种理解上的飞跃，是任何一本只提供公式和算法的书籍都无法比拟的。

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这本书的价值在于它能够引导读者从“知道是什么”提升到“理解为什么”。我个人非常喜欢它在解释频率域分析方法时所采取的策略。当我第一次接触到奈奎斯特判据、波特图等概念时，我总是觉得它们有些抽象，难以理解其物理含义。这本书通过将频率响应与系统的瞬态响应联系起来，以及通过丰富的图示来展示不同频率成分对系统行为的影响，极大地加深了我对这些概念的理解。它让我明白，频率响应不仅仅是数学上的定义，而是直接反映了系统对不同频率输入的放大和相移特性，而这恰恰是决定系统稳定性和动态响应的关键。书中还提供了一些关于如何通过调整控制器参数来改善频率响应的实例，这让我能够更直观地看到参数调整对系统性能的影响。例如，如何通过增加超前补偿或滞后补偿来改善系统的相位裕度和增益裕度。这种将理论分析与实际设计紧密结合的方式，让我学到了如何在设计过程中进行有效的权衡和取舍。此外，书中关于根轨迹法的讲解也同样出色。它不仅仅是教我如何绘制根轨迹，更重要的是，它解释了根轨迹是如何反映系统闭环极点随着开环增益变化而移动的轨迹，以及如何通过根轨迹来判断系统的稳定性、响应速度和超调量。这种深入的分析，让我能够更准确地预测和控制系统的动态行为。这本书为我提供了一个强大的工具箱，让我能够更自信地分析和设计各种控制系统。

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作为一名在航空航天领域工作的工程师，我深知控制系统在复杂动态环境中的重要性。这本书在这方面提供了非常深刻的洞察。它不仅涵盖了基础的控制理论，更深入探讨了许多在实际应用中至关重要的概念，例如鲁棒控制和模型预测控制。在鲁棒控制方面，书中对于如何处理模型不确定性和外部扰动进行了详尽的阐述。我过去在设计航空发动机的推力控制器时，经常会遇到模型参数的不确定性，比如燃油消耗率的变化、气流扰动等。这本书提供的H-infinity控制和mu-分析等方法，为我如何设计能够应对这些不确定性的控制器提供了坚实的基础。它让我明白了，一个好的控制器不仅仅是要求在理想模型下表现优异，更重要的是能够在实际的、不完美的模型下依然保持稳定和良好的性能。这一点对于航空发动机这种对安全性和可靠性要求极高的系统来说，是至关重要的。此外，书中对模型预测控制（MPC）的介绍也让我眼前一亮。MPC能够利用系统的未来信息来优化控制策略，这在航空器的姿态控制、轨迹跟踪等任务中具有巨大的潜力。书中对MPC的原理、设计方法以及在实际应用中的挑战都进行了详细的介绍，这为我进一步研究和应用MPC提供了宝贵的参考。它让我看到了，控制系统设计可以更加主动和前瞻，而不仅仅是被动地响应当前的状态。这本书的知识体系非常完整，从理论基础到先进控制策略，都进行了深入浅出的讲解，为我这样的工程师提供了宝贵的学习资源。

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