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出版者:机械工业出版社

作者:杨帮文

出品人:

页数:557

译者:

出版时间:2007-4

价格:59.00元

装帧:

isbn号码:9787111211136

丛书系列:

图书标签:

• 工业自动化
• 测控技术
• PLC
• 传感器
• 仪表
• 控制系统
• 工业互联网
• 智能制造
• 行业应用
• 实践指南

《现代工程控制系统设计与实践》 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代工程控制系统设计和实践的知识框架。内容涵盖了从基础理论到先进应用的广泛领域，强调理论与实践的紧密结合，旨在帮助工程师、技术人员和学生掌握设计、实现和优化复杂控制系统的能力。 第一部分：控制理论基础与分析 系统建模： 深入探讨不同类型系统的数学建模方法，包括微分方程建模、传递函数模型、状态空间模型等。详细介绍如何根据物理原理或实验数据建立精确的系统模型，并分析模型在不同应用场景下的适用性。 时域与频域分析： 详细阐述经典控制理论中的时域分析方法（如瞬态响应、稳态响应、稳定性分析）和频域分析方法（如频率响应、伯德图、奈奎斯特图）。重点讲解这些分析工具如何指导控制器设计，以及如何评估系统的性能指标。 稳定性理论： 深入研究系统的稳定性概念，包括李雅普诺夫稳定性、根轨迹法、Routh-Hurwitz判据等。探讨如何通过分析系统参数来预测和保证系统的稳定性，并介绍提高系统稳定性的设计策略。 控制器类型： 全面介绍比例（P）、积分（I）、微分（D）控制器的原理、特性及其组合（PID）的优化设计。深入分析P、I、D参数对系统性能的影响，并介绍PID控制器在工业过程中的广泛应用和调优技巧。 第二部分：现代控制理论与先进控制策略 状态空间方法： 详细介绍状态空间表示法的优势，包括其能够处理多输入多输出（MIMO）系统以及非线性系统。深入讲解状态反馈、状态观测器设计及其在系统性能优化中的作用。 最优控制： 引入最优控制的基本概念，包括性能指标函数、动态规划、庞特里亚金最小值原理等。重点介绍LQR（线性二次调节器）和LQG（线性二次高斯）控制器的设计方法，以及它们在最小化系统误差、能量消耗等方面的应用。 自适应控制： 探讨自适应控制系统的原理，包括如何在线调整控制器参数以适应系统模型的变化或外部扰动。详细介绍自适应PID、MRAC（模型参考自适应控制）等技术，并分析其在复杂动态环境下的鲁棒性。 模糊逻辑控制： 阐述模糊逻辑控制器的设计原理，包括模糊化、模糊推理、解模糊化等过程。重点讲解如何利用模糊规则来处理难以精确建模的非线性系统，并给出实际应用案例。 神经网络控制： 介绍神经网络在控制领域的应用，包括如何利用神经网络进行系统辨识、控制器设计和故障诊断。探讨不同神经网络结构（如前馈网络、循环网络）在控制问题中的优势。 模型预测控制（MPC）： 深入讲解MPC的核心思想，即利用系统模型预测未来一段时间的系统行为，并通过优化算法计算出最优的控制序列。详细介绍MPC的滚动优化机制、约束处理能力，以及其在过程控制、机器人学等领域的强大应用。 第三部分：控制系统实现与集成 传感器技术与信号调理： 详细介绍各类工业传感器的基本原理、选型原则和应用场合，包括温度、压力、流量、位置、速度传感器等。重点讲解信号调理电路的设计，包括滤波、放大、隔离等，以确保信号的准确性和可靠性。 执行器技术与选型： 深入分析各种工业执行器的类型，如电机（直流、交流、步进、伺服）、液压缸、气动阀等，阐述其工作原理、性能特点和适用范围。强调执行器选型在系统性能和成本控制中的重要性。 数字控制系统： 讲解数字控制系统的基本结构，包括采样、量化、编码、数字控制器和D/A转换等过程。深入分析采样定理、数字滤波器设计以及数字控制器与模拟控制器的转换关系。 嵌入式系统与实时操作系统（RTOS）： 介绍嵌入式控制器在现代控制系统中的关键作用，包括硬件平台选择、微控制器编程、外设接口设计。深入讲解实时操作系统（RTOS）的原理，包括任务调度、进程通信、中断处理等，以及如何利用RTOS实现高实时性的控制应用。 通信协议与网络化控制： 详细介绍工业通信协议，如Modbus、PROFIBUS、Ethernet/IP、CAN总线等，分析其在不同工业自动化场景下的优劣。探讨网络化控制系统的设计挑战，包括延迟、丢包、安全性等问题，以及解决方案。 系统集成与调试： 强调系统集成过程中各个环节的协调配合，包括硬件连接、软件编程、参数配置等。详细介绍系统调试的方法和技巧，包括仿真调试、在线调试、故障排除等，以确保控制系统的稳定可靠运行。 第四部分：特定工业应用案例分析 过程控制系统： 针对化工、电力、制药等行业，详细分析其典型的过程控制需求，如温度控制、压力控制、流量控制、液位控制等。介绍PID、MPC等控制算法在该领域的应用实例。 运动控制系统： 深入探讨机器人、数控机床、自动化生产线等领域的运动控制技术。详细分析伺服电机控制、轨迹规划、力/位混合控制等关键技术，并结合实际案例讲解。 分布式控制系统（DCS）与可编程逻辑控制器（PLC）： 详细介绍DCS和PLC在现代工业自动化中的作用和架构。通过具体案例，演示如何利用PLC和DCS进行逻辑控制、顺序控制和过程控制的实现。 智能制造与工业互联网： 探讨智能制造背景下的控制系统发展趋势，包括数据采集、边缘计算、人工智能在控制中的应用。介绍工业互联网平台如何赋能控制系统的互联互通和智能化升级。 本书的编写风格注重清晰易懂，理论讲解深入浅出，并辅以大量图表和实例。目标是帮助读者建立扎实的控制理论基础，掌握先进的控制技术，并能够将所学知识应用于实际的工程问题中，从而提升其在现代工程控制领域的专业能力。

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说实话，这本书的覆盖面之广，让我有点喘不过气来。我原本以为它会更侧重于某一特定领域，比如单纯的PLC编程或者SCADA系统集成，但事实是，它几乎触及了当前所有热门的工业前沿技术。我翻阅到关于工业物联网（IIoT）数据安全性的那一部分时，感到非常惊喜。作者没有使用那种空泛的理论说教，而是直接切入了当前企业在数据互联互通过程中最头疼的安全漏洞和应对措施。特别是关于边缘计算在实时数据处理中的部署模型，提供了多种架构选择和各自的优缺点分析，这对我们进行项目选型至关重要。这本书的行文风格非常严谨，数据和图表的引用都非常可靠，这在技术手册中是极其重要的品质。它不是那种读完一次就束之高阁的书，更像是一个需要反复查阅、时常翻阅的工具箱，每隔一段时间重读，总能从中发现新的领悟点。

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对于一个长期在老旧生产线上摸爬滚打的工程师来说，这本书就像是一剂强心剂。它不仅仅是罗列技术名词，更重要的是提供了一种面向未来的思维模式。我特别关注了其中关于预测性维护算法的部分，它详细介绍了如何利用历史运行数据和机器学习模型来准确预测设备故障时间点。这种从“事后维修”到“事前干预”的转变，是提高生产效率的关键。书中对不同算法的适用场景进行了清晰的对比，比如在使用有限历史数据的情况下，应该优先选择哪种模型，讲解得非常接地气。而且，作者似乎很理解读者的实际操作需求，在描述软件工具链时，不仅提到了主流商业产品，还对比了一些开源解决方案的性能表现和定制潜力。这使得这本书的适用范围更广，无论公司规模大小，都能从中找到适合自己的实施路径。阅读体验上，虽然内容专业，但排版清晰，图例丰富，大大降低了理解难度。

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这本书最可贵之处在于它的系统性和实用性的完美平衡。它既有理论深度，又兼顾了实际操作的每一个细节。我尤其欣赏作者在描述新型控制架构时的严谨态度。比如，在讲解分布式控制系统（DCS）与现场总线技术的融合时，作者没有简单地堆砌参数，而是详细分析了不同通信协议在实时性、可靠性和带宽占用上的权衡。这一点对于设计高可靠性控制系统至关重要。更让我觉得有价值的是，书中对合规性与标准化方面的论述。在当前的国际贸易和技术合作环境下，了解不同区域的工业标准和安全规范是必不可少的，这本书在这方面提供了权威性的指引。它不仅教你“怎么做”，还告诉你“为什么要这样做”以及“怎样才能做得更规范”。阅读完后，我感觉自己对整个工业自动化领域的宏观脉络和微观技术细节都有了更清晰、更自信的把握。

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这部作品的篇幅和深度令人印象深刻，它简直像一本包罗万象的百科全书，专注于工业领域的最新技术动向。我尤其欣赏作者在描述复杂系统时所展现出的那种深入浅出的能力。比如，书中对传感器融合技术在复杂环境下的应用进行了细致的剖析，从理论基础到实际部署的每一步都讲解得非常透彻。阅读过程中，我发现它不仅仅停留在概念层面，而是大量引用了近年来的实际案例，这对于我们这些一线工程师来说，无疑是极具价值的参考资料。书中对机器视觉系统在质量检测中的优化策略的论述，简直就是一本实战指南，提供了许多在传统方法中难以解决的问题的创新性思路。另外，章节之间的逻辑衔接非常流畅，即便是跨学科的内容，也能被组织得井井有条，使得读者在构建整体认知框架时不会感到迷失方向。总的来说，这是一本能真正帮助从业者提升技能、紧跟技术前沿的宝典，它的价值远超一般的技术参考书。

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坦白讲，我过去也看过不少关于自动化技术的书籍，但很多都停留在十年前的标准上，读起来让人觉得过时。然而，这本书的更新速度和前瞻性令人赞叹。让我印象特别深刻的是关于柔性制造系统和机器人协作的章节。作者对人机协作界面（HMI）的设计哲学进行了深入探讨，强调了提升操作直观性和减少认知负荷的重要性。这种对用户体验的关注，在传统工业书籍中是比较少见的。书中展示了一些先进的模块化装配单元的设计蓝图，它们如何在不中断主生产线的情况下实现快速重构，这个思路非常开阔。此外，对于新兴的数字孪生技术的应用案例分析也十分到位，不仅解释了其构建原理，更重要的是指出了如何利用孪生体进行工艺参数的虚拟调试，从而避免了在实际产线上进行昂贵且耗时的试错。这本书确实为我们指明了下一代智能工厂的发展方向。

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