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出版者:大连理工大

作者:王成安

出品人:

页数:251

译者:

出版时间:2007-3

价格:26.00元

装帧:

isbn号码:9787561134832

丛书系列:

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机械之心：工业自动化与精密控制系统的演进与前沿应用 一、引言：驱动现代工业的无形之手 在当代制造业的宏伟蓝图中，效率、精度与可靠性是衡量其竞争力的核心指标。支撑起这一体系的，是一套复杂而精密的网络——工业自动化与精密控制系统。本书旨在深入剖析这一关键领域，从其理论基石到最新的技术突破，描绘出驱动现代工厂、能源、交通乃至国防领域实现智能化升级的内在驱动力。我们不会涉足汽车电子电器设备的具体构造与诊断，而是将焦点完全置于更宏观、更基础的工业控制哲学与工程实践之上。 二、控制理论的基石与拓展：从经典到智能 控制理论是整个自动化领域的理论核心。本书将首先系统梳理经典控制理论的脉络，包括拉普拉斯变换、传递函数、频率响应分析（如波德图、奈奎斯特图）以及经典PID控制器的设计与调优。我们详尽阐述PID控制在不同工业场景下的局限性，并引入先进的现代控制理论作为突破口。 2.1 现代控制理论的深度解析： 深入探讨状态空间表示法，矩阵代数在系统建模中的应用。重点讲解可控性与可观测性的概念，以及基于极点配置的反馈控制器设计，如极点配置与状态观测器的构建（如Luenberger观测器）。 2.2 鲁棒控制与最优控制的实践： 面对现实世界中参数不确定性与外部扰动，鲁棒控制成为必修课。本书详细介绍 $ ext{H}_{infty}$ 控制的设计原理，旨在确保系统在模型误差范围内性能的稳定性。同时，最优控制理论，特别是LQR（线性二次型调节器）的设计，将作为实现系统性能最优化的理论工具进行深入探讨，并辅以实际的算例分析。 2.3 智能控制的兴起与融合： 随着计算能力的飞跃，模糊逻辑、神经网络和遗传算法等智能方法开始与传统控制理论深度融合。我们将专门辟章节论述模糊PID控制器的结构、规则库的建立与专家系统的应用。同时，介绍如何利用人工神经网络对非线性系统进行辨识与建模，进而实现基于模型的先进控制。 三、可编程逻辑控制器（PLC）与分布式控制系统（DCS）的架构与编程 PLC和DCS是工业现场实现控制逻辑的“神经中枢”。本书将提供一个与汽车电子系统完全不同的视角，专注于过程控制和离散事件控制的硬件与软件实现。 3.1 PLC的核心结构与指令集： 全面解析现代PLC的CPU、I/O模块（数字量、模拟量、高速计数）和通信模块的内部工作原理。深入讲解IEC 61131-3标准下的五种编程语言，特别是梯形图（LD）、指令表（IL）和结构化文本（ST）在复杂逻辑构建中的应用，强调程序扫描周期、中断处理和任务调度机制。 3.2 DCS在大型过程控制中的角色： 阐述DCS与PLC在系统规模、冗余设计、人机界面（HMI）集成度上的本质区别。重点分析DCS的控制站、监控站、工程师站及历史数据库的拓扑结构，以及它们如何在石油化工、电力、冶金等大规模连续生产过程中确保高可靠性。 3.3 现场总线技术与工业以太网： 工业通信是连接控制核心与现场执行机构的桥梁。本书将详细对比分析基于串行通信的经典现场总线（如Profibus DP/PA, Foundation Fieldbus, CANopen在非汽车领域的应用），并重点解析基于TCP/IP的工业以太网技术（如Profinet, EtherCAT, Modbus/TCP）的实时性、确定性和网络安全特性。 四、运动控制与伺服系统的精密同步 高精度运动控制是高端制造，如数控机床、印刷包装、机器人技术等领域的关键技术。本书将聚焦于此类系统的动态特性与控制实现。 4.1 伺服驱动系统的原理： 深入解析永磁同步电机（PMSM）的磁场定向控制（FOC）理论，包括$mathrm{d}$-$mathrm{q}$ 坐标系变换、电流环、速度环和位置环的嵌套结构。讲解脉冲宽度调制（PWM）技术在高频开关电源中的作用。 4.2 轨迹规划与插补技术： 讨论如何从数学上生成平滑、连续的运动轨迹，以避免机械冲击。详细介绍直线插补、圆弧插补以及样条插值在多轴联动控制中的算法实现。 4.3 机器人学基础与控制： 简要介绍机器人运动学的正运动学与逆运动学求解，以及雅可比矩阵在力/阻抗控制中的应用。强调在实现复杂路径跟踪时，如何将运动控制系统与上位调度系统有效集成。 五、系统集成、安全与运维 现代工业系统的复杂性要求必须有统一的集成平台和严格的安全规范。 5.1 制造执行系统（MES）与上层集成： 探讨控制系统如何向上层业务系统（如ERP）进行数据交互与指令接收。介绍OPC UA等工业互操作性标准在数据采集与交换中的关键作用。 5.2 工业信息安全（OT Security）： 鉴于工业控制系统的网络化趋势，信息安全已成为控制系统设计的前提。本书将系统阐述针对PLC、RTU和SCADA系统的常见威胁（如勒索软件、远程入侵），并介绍ISA/IEC 62443系列标准所倡导的纵深防御策略。 5.3 系统可靠性与预测性维护： 讨论冗余设计技术（如硬件冗余、热备份、数据同步）在提升系统可用性中的作用。引入基于传感器数据（如振动、温度、电流特征）的工业物联网（IIoT）数据采集，并结合机器学习方法实现对关键设备的故障预警与预测性维护（PdM），最大限度减少非计划停机时间。 六、结论：迈向工业4.0的控制前沿 本书的最后一部分将目光投向工业自动化的未来。我们将探讨边缘计算（Edge Computing）如何赋能实时控制决策，以及数字孪生技术在复杂生产线调试与优化中的应用前景。强调下一代控制系统将是高度网络化、数据驱动和自适应学习的有机整体。

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说实话，我本来以为这本《汽车电子电器设备》会是一本干巴巴的教科书，里面塞满了公式和晦涩的术语，读起来会非常枯燥。然而，翻开之后我发现自己完全错了。这本书的叙事风格非常活泼，作者似乎非常懂得如何与读者进行一场有趣的对话。它不仅仅是罗列知识点，更像是在引导我们进行一次探险。比如，在讲解蓄电池和起动机的工作原理时，作者没有直接跳入技术细节，而是先描述了一个典型的冷启动场景，然后才逐步拆解其中的电气部件如何协同工作，这种代入感极强。更让我惊喜的是，它对一些老旧但依然常见的设备，比如传统的点火系统和发电机，也给予了足够的篇幅进行回顾和对比，这对于我们这些经历过不同时代汽车的人来说，非常有亲切感。这本书的排版也很人性化，大量的流程图和实物照片穿插其中，使得复杂的电气连接图不再是令人头疼的迷宫。我尤其欣赏它对安全用电规范的强调，这在处理汽车高压或大电流电路时至关重要。总而言之，这是一本将严谨的技术内容包裹在亲切易读外衣下的优秀读物，阅读体验堪称一流。

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这本书在内容涵盖的全面性上确实做到了令人赞叹的地步。我原本只是想找一本关于车载灯光和充电系统的参考书，但《汽车电子电器设备》的内容远超我的想象。它不仅详尽地介绍了传统的12V直流系统，还专门辟出章节来介绍新能源汽车中高压电池管理系统（BMS）的基本架构和安全监控机制，这使得这本书具有很强的时代前沿性。对于像我这样正处于职业转型期，需要快速了解电动汽车技术的人来说，这是一个巨大的加分项。书里对车身控制模块（BCM）的编程和个性化设置也有涉及，让我明白了为什么不同的车主可以对同一个车型的灯光延迟、落锁提示音等进行定制。这种对系统软件层面的关注，使得这本书超越了单纯的硬件手册范畴。从传感器、执行器到控制单元，再到通信网络，它构建了一个完整的知识闭环，确保读者能够从输入到输出，全面掌握汽车电子电气设备的全貌，是非常值得投资的一本工具书和学习资料。

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这本《汽车电子电器设备》的书实在让人眼前一亮，内容组织得非常清晰，不像有些技术书籍那样晦涩难懂。我是一个对汽车维修比较感兴趣的爱好者，平时也自己动手做一些小小的改装和故障排查，所以一直想找一本能系统梳理汽车电子电气系统知识的书。这本书在这方面做得非常到位，它从最基础的电路原理讲起，循序渐进地过渡到各种车载电子控制单元（ECU）的工作原理和通信协议。特别是它对CAN总线、LIN总线这些现代汽车网络技术的讲解，用了很多生动的比喻和图示，让我这个非科班出身的人也能快速理解它们在整车信息交互中的核心作用。我记得以前看其他资料时，总觉得这些概念很抽象，但这本书通过大量的实例，比如雨刮器控制模块、空调控制模块的工作流程解析，将理论知识和实际应用紧密结合起来，让人茅塞顿开。而且，书中对各种传感器的介绍也非常详尽，从温度传感器到压力传感器，每一个的工作原理、安装位置和常见故障分析都被描述得头头是道。读完这些章节，我感觉自己对现代汽车的“神经系统”有了前所未有的了解，不再是机械地更换零件，而是真正理解了故障发生的根本原因。这本书的深度和广度拿捏得恰到好处，对于想深入了解汽车电子技术的人来说，绝对是一本不可多得的宝藏。

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我对汽车电子领域的研究主要集中在故障诊断和软件升级方面，所以选择书籍时标准会比较高，既要理论扎实，又要贴近实际的诊断流程。这本书在“诊断”这个环节的表现，超出了我的预期。它非常注重故障码（DTC）的读取、分析和清除流程，并且详细介绍了不同厂商的诊断工具（如OBD-II扫描仪）的基本操作逻辑。让我印象深刻的是，书中专门用一个章节来讨论如何利用示波器来分析信号波形，这在很多入门级的书籍中是很少深入讲解的。作者通过几个经典的案例——比如曲轴位置传感器信号异常导致的发动机抖动——清晰地展示了如何通过观察波形的幅值、频率和占空比来判断传感器本身或线路是否存在问题。这才是真正实用的技能。此外，书中对于车载娱乐系统（Infotainment System）的模块化设计和数据安全方面的探讨，也展现了作者对行业前沿的关注。这本书的内容深度足以让专业技师受益，同时结构清晰到足以让学员快速建立起系统的认知框架，兼顾了广度和深度，非常难得。

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从一个纯粹的汽车设计爱好者的角度来看，这本书在系统集成和电磁兼容性（EMC）方面的论述非常具有启发性。过去我阅读的很多资料都集中在单个部件的功能实现上，但这本书跳出了这个局限，深入探讨了如何将成百上千个电子模块高效、可靠地整合进一个有限的空间内。例如，它详细阐述了电源分配网络的冗余设计，这对于保证关键系统（如刹车和转向）在面对单一故障时仍能保持运行至关重要。书中关于电磁干扰的章节尤其精彩，解释了为什么某些电子元件需要特殊的屏蔽罩或滤波电路，以及如何通过合理的线束布局来避免“串扰”和“辐射干扰”。这些内容对于理解现代汽车为何越来越依赖复杂的布线和屏蔽技术至关重要。它让我理解到，汽车电子化不仅仅是增加功能，更是一场复杂的系统工程挑战。这本书提供了宏观的视角，让我能够从整体架构层面去欣赏现代汽车设计的精妙之处，而不是仅仅关注于某个灯泡或继电器的开关原理。

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