Telematics Applications in Automation and Robotics 2004 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Halme, Aarne 编

出品人:

页数:1050

译者:

出版时间:2005-8

价格:$ 93.79

装帧:Pap

isbn号码:9780080441719

丛书系列:

图书标签:

• Telematics
• Automation
• Robotics
• Wireless Communication
• Intelligent Transportation Systems
• Remote Control
• Sensor Networks
• Machine Learning
• Control Systems
• Embedded Systems

现代工业控制系统的演进与未来：基于嵌入式系统的视角 本书深入探讨了当前工业自动化和机器人领域的核心技术——嵌入式系统——在现代控制架构中的关键作用、设计原理与前沿应用。我们着重分析了嵌入式系统如何驱动工业4.0和智能制造的转型，并将其置于一个宏大的技术演进背景下进行审视。 第一部分：嵌入式系统在工业控制中的基石地位 第一章：工业控制系统的历史沿革与嵌入式转型的必然性 本章首先回顾了从继电器控制板、可编程逻辑控制器（PLC）到分布式控制系统（DCS）的发展历程。重点分析了传统控制系统在处理复杂算法、网络化通信以及柔性制造需求时所面临的局限性。随后，深入剖析了嵌入式系统的核心优势——高集成度、低功耗、实时响应能力和可定制性——如何成为解决这些局限性的关键。我们将详细阐述微处理器（MPU）和微控制器（MCU）在工业环境中的选择标准，包括对温度、振动和电磁兼容性的特殊要求。 第二章：实时操作系统（RTOS）与时间确定性保障 在自动化领域，时间确定性是系统可靠性的生命线。本章聚焦于嵌入式系统中支撑实时控制的关键软件架构——实时操作系统（RTOS）。我们将对比QNX、VxWorks、FreeRTOS等主流RTOS的内核机制，如优先级继承、时间片调度、中断处理延迟（Interrupt Latency）和任务切换开销。此外，会深入探讨如何通过硬件辅助（如硬件看门狗、定时器中断）和软件设计（如确定性任务划分、确定性网络协议，如EtherCAT或PROFINET IRT）来保证苛刻时间约束下的任务执行。 第三章：传感器融合与现场总线技术 现代自动化系统依赖于对物理世界的精确感知。本章详细讨论了先进传感器技术（如高分辨率编码器、激光雷达、机器视觉系统）如何通过嵌入式接口接入控制环路。重点分析了传感器数据在嵌入式处理器上的预处理过程，包括数字滤波、标度转换和误差补偿。同时，系统性地考察了现场总线技术。我们不仅涵盖了基础的CANopen和Modbus，更着重分析了对高带宽和纳秒级同步要求极高的工业以太网协议（如EtherCAT），并讨论了嵌入式网络接口控制器（NIC）在实现这些高速通信中的硬件加速作用。 第二部分：嵌入式系统在高级自动化与机器人中的应用架构 第四章：分布式智能与边缘计算在自动化中的部署 随着系统复杂度的提升，集中式控制模式的瓶颈日益凸显。本章探讨了如何利用嵌入式系统实现分布式智能架构。我们将研究边缘计算节点（Edge Computing Nodes）在生产线上的具体部署模式，它们如何承担局部数据采集、预处理和快速决策任务，从而减轻中央控制器的负载。讨论内容涵盖了设备间直接通信（D2D）和基于代理（Agent-based）的控制策略，以及如何通过嵌入式安全模块（如TPM）确保边缘数据的完整性与机密性。 第五章：高性能嵌入式平台与运动控制算法实现 机器人和高精度机床对控制器的计算能力提出了极高要求。本章深入探讨了异构计算平台，特别是集成GPU或FPGA的嵌入式系统在实现复杂运动控制算法中的作用。内容包括：基于嵌入式DSP实现的高频电流环和速度环解耦控制；利用FPGA实现高速脉冲序列生成与反馈同步；以及如何将基于深度学习的视觉伺服算法移植到高性能嵌入式SoC（System-on-Chip）上，实现实时路径规划和轨迹跟踪。 第六章：人机交互（HMI）与安全关键系统的嵌入式设计 人机交互界面是操作人员与复杂自动化系统沟通的桥梁。本章关注现代工业HMI的嵌入式实现，包括触摸屏驱动、图形渲染引擎（如OpenGL ES）在资源受限环境下的优化，以及如何保证HMI操作的响应速度与稳定性。此外，本章将严格审视功能安全（Functional Safety）在嵌入式控制设计中的体现。详细分析IEC 61508和ISO 13849标准的要求，探讨如何通过双核冗余、错误检测码（ECC）和故障注入测试等嵌入式设计手段，实现达到SIL等级的安全监控和紧急停止逻辑。 第三部分：面向未来的趋势与系统维护 第七章：工业物联网（IIoT）与嵌入式设备的连接性挑战 工业物联网的实现高度依赖于嵌入式设备的安全、可靠的远程连接能力。本章聚焦于嵌入式设备如何安全地连接到云端或企业信息系统（MES/ERP）。我们将分析MQTT、AMQP等轻量级消息协议在嵌入式资源上的优化部署，并探讨安全连接的实现路径，包括TLS/SSL握手过程的资源消耗管理、固件的空中下载（OTA）更新机制的可靠性设计，以及如何通过硬件信任根（Hardware Root of Trust）来抵御供应链攻击。 第八章：预测性维护与嵌入式数据分析 从被动维护转向预测性维护是提升设备生命周期价值的关键。本章阐述了嵌入式系统在状态监测（Condition Monitoring）中的核心角色。讨论了如何在边缘侧实现振动、温度、功耗等关键性能指标（KPIs）的实时特征提取，并部署轻量级的机器学习模型（如基于决策树或小型神经网络）进行异常早期检测。重点分析了数据压缩、特征选择算法在保证检测精度的同时，最小化嵌入式存储和通信带宽占用所需的技术策略。 附录：嵌入式系统开发工具链与调试方法论 本附录提供了一个实用的参考指南，涵盖了工业级嵌入式软件开发中的关键工具。包括交叉编译环境的配置、JTAG/SWD调试器的使用技巧、逻辑分析仪在时序问题排查中的应用，以及基于硬件在环（HIL）仿真平台对控制逻辑进行验证的流程。强调了代码静态分析和动态性能分析在保证工业软件质量中的不可替代性。

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