计算机控制系统(第2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:王锦标

出品人:

页数:438 页

译者:

出版时间:2008年

价格:45.0

装帧:平装

isbn号码:9787873021714

丛书系列:

图书标签:

• 计算机控制系统
• 控制工程
• 自动化
• 单片机
• 嵌入式系统
• MATLAB
• Simulink
• PID控制
• 现代控制理论
• 系统分析

深入解析现代工业自动化核心：传感器技术与信号处理在嵌入式系统中的应用 本书旨在为工程师、技术人员以及高年级本科生和研究生提供一个全面而深入的知识框架，专注于现代工业控制系统中的关键组成部分——传感器技术、信号调理与数据采集（DAQ）在嵌入式系统中的集成与实现。本书完全避开了对“计算机控制系统”这一传统学科的宏观综述，而是聚焦于实现精确、可靠控制所需的底层物理接口和数据处理技术。 第一部分：现代传感器的原理、选型与集成 本部分将详细探讨实现精确测量的物理基础和工程实践。我们不再讨论控制器的逻辑，而是深入研究如何准确地将物理世界的状态量转化为电信号。 第一章：测量科学基础与误差分析 本章从量值、量纲、单位的精确定义出发，为后续的传感器工作打下坚实的理论基础。重点分析误差的来源，包括系统误差、随机误差和漂移，并介绍高级的误差校正与补偿方法，如最小二乘法拟合和卡尔曼滤波在原始数据预处理中的应用。讨论动态测量中的频率响应特性，以及如何根据控制系统的带宽要求选择合适的传感器。 第二章：热学量与化学量传感器 温度传感器的深入剖析： 不仅限于电阻温度检测器（RTD）和热电偶，更详细地介绍了基于半导体材料的集成温度传感器（如LM35、PT1000），以及它们在不同工作温度范围内的线性度、稳定性和响应时间对比。探讨了光纤传感技术在极端环境下的应用。 气体与湿度传感技术： 全面覆盖了化学传感器（如电化学式、半导体氧化物式）的工作原理、选择性、交叉敏感性问题及其在工业安全和环境监测中的应用案例。对湿敏电阻和电容式湿度传感器的介电常数变化机制进行深入阐述。 第三章：力学量与运动学量传感技术 本章是机械控制实现的基础。 应变计与力/压力传感： 详细讲解惠斯通电桥的原理及其在应变计电路中的应用，重点分析不同封装（如薄膜、金属箔）的力传感器在疲劳寿命和非线性度上的差异。讨论压力变送器中传感器元件（如压电式、容积式）的选择依据。 位移与速度测量： 对比电感式、电容式位移传感器与光电编码器的精度、抗干扰能力和绝对/增量输出的特性。深入分析激光多普勒测速仪（LDV）在非接触式高速测量中的信号处理难点。 惯性测量单元（IMU）的原理： 聚焦于MEMS陀螺仪和加速度计的内部结构、偏置漂移的补偿技术，以及如何通过互补滤波或更复杂的传感器融合算法（如扩展卡尔曼滤波，EKF）实现姿态角（Pitch, Roll, Yaw）的稳定估计。 第二部分：信号调理、滤波与高精度数据采集 传感器输出的原始信号往往微弱、嘈杂且不符合后续数字化处理的要求。本部分聚焦于如何将这些原始信号转化为可信赖的数字数据。 第四章：前端信号调理电路设计 本章是实现高精度测量的关键。 放大技术： 详细介绍仪表放大器的结构与性能指标（CMRR、输入阻抗），并针对微弱信号（如应变计输出）设计低噪声、高共模抑制的定制放大电路。探讨斩波稳定型运算放大器在消除低频漂移方面的优势。 隔离与保护： 针对工业现场的强电磁干扰环境，系统介绍隔离技术（如光耦、容性隔离、变压器隔离）的选择与实现，以及如何设计有效的瞬态电压抑制（TVS）电路保护前端 ASIC 单元。 第五章：模拟信号滤波的理论与实践 滤波是去除噪声、保留有用信息的艺术。本书采用面向应用的视角，摒弃纯粹的数学推导，转而关注滤波器在时域和频域的实际效果。 滤波器类型比较： 深入分析有源滤波器（Sallen-Key, Multiple Feedback）和无源滤波器的设计准则。重点对比巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和椭圆（Elliptic）滤波器的幅频特性、相位线性度及群延迟，并提供在不同控制带宽下选择最优拓扑的工程准则。 数字滤波器的基础： 介绍IIR和FIR滤波器的结构。重点讨论FIR滤波器的窗函数设计方法（汉宁窗、海明窗等）及其在消除数字混叠中的作用。 第六章：高速与高精度数据采集（DAQ）系统 本章是连接模拟世界和数字处理的核心。 模数转换器（ADC）的深入研究： 全面比较逐次逼近型（SAR）、流水线型（Pipeline）和Sigma-Delta（Σ-Δ）ADC的优缺点。详细分析有效位数（ENOB）、积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）对测量精度的决定性影响。 采样理论的实际应用： 重新审视奈奎斯特-香农采样定理，并结合实际的抗混叠滤波设计，确定最优采样率。讨论同步采样（Interleaving）技术在多通道高速采集中的挑战。 数据接口与传输： 介绍工业标准的数据传输协议，如EtherCAT、CAN FD以及高速串行接口（如PCI Express, USB 3.0）在将采集数据高效传输至主处理器时的带宽管理和协议开销分析。 第三部分：嵌入式平台的数据处理与系统整合 本部分将探讨如何利用现代微处理器和FPGA高效地处理采集到的数据，并将其转化为实际的控制动作，实现一个完整的、高性能的测量与反馈环路。 第七章：嵌入式处理器的实时性挑战与优化 本章聚焦于数据流处理而非控制算法本身。 实时操作系统（RTOS）的数据任务调度： 讨论中断服务程序（ISR）的优化、上下文切换开销，以及如何使用时间触发（Time-Triggered）机制确保高优先级数据处理任务的确定性执行。 DMA（直接内存访问）在数据吞吐中的作用： 详细阐述如何配置DMA控制器，使ADC/FPGA可以直接将采集数据批量传输至内存，从而将CPU从繁琐的数据搬运任务中解放出来，专注于复杂的计算。 第八章：FPGA在高速信号处理中的应用 对于需要极高并行度和亚微秒级延迟的应用，FPGA是不可或缺的。 硬件描述语言（VHDL/Verilog）下的数字信号处理（DSP）模块设计： 重点介绍定点数运算在FPGA资源受限环境下的实现，以及如何设计高效的乘法器阵列和流水线结构来实现FIR滤波器和FFT算法。 定制化数据预处理流水线： 展示如何利用FPGA构建一个完全定制的硬件流水线，在数据进入主CPU之前完成基线漂移补偿、数字滤波和初步的特征提取（如峰值检测），从而显著降低软件端的处理负担。 结论：构建下一代智能传感与采集节点 本书最终导向对下一代分布式智能传感节点的构建能力。通过对底层物理层、信号调理电路和高速数据接口的精细掌握，读者将能够设计出远超商业现成模块的、具有极高精度、极低延迟和高度适应性的工业数据采集与前处理系统。本书强调的是“如何准确地看到物理世界”，而非“如何基于看到的世界进行反馈控制”。

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这本书的行文风格非常“克制”，没有丝毫浮夸的辞藻，一切都以事实和严密的逻辑为基础，给人一种极度可靠的感觉。阅读过程中，我很少需要跳跃式阅读，因为作者在每一步的推导和论证上都做得非常扎实，几乎没有留下可以让你停下来感到困惑的逻辑断层。它更像一位经验丰富、说话慢条斯理但字字珠玑的导师，引导你一步步走向真理。我尤其喜欢它在介绍新概念时，总会先回顾读者可能已经掌握的前置知识，用一种平滑过渡的方式将知识点串联起来，而不是突兀地抛出一个全新的理论框架。这种教学设计体现了作者深厚的教育功底和对学习者心理的深刻洞察。对于初学者来说，这本教材的友好度非常高，但同时，对于资深研究人员而言，书中对一些前沿优化算法的深度剖析，也提供了足够的思考价值，绝不会让人觉得内容空泛。它成功地在“科普性”和“学术性”之间找到了一个完美的平衡点。

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不得不提的是，这本书的配套资源确实是加分项。我购买的版本附带了一个在线资源包的访问权限，里面包含了大量的仿真代码和实验数据。这些资源极大地提高了我的学习效率。我不再需要从零开始编写所有基础算法的仿真模型，可以直接基于作者提供的框架进行参数修改和性能对比测试。这种“即插即用”的学习体验，极大地激发了我探索更深层次问题的兴趣。例如，当我学习到模型预测控制（MPC）时，我可以直接运行书中的示例代码，观察不同约束条件对控制性能的影响，这种即时的反馈机制是传统学习方法无法比拟的。此外，书中的参考文献列表非常详尽，并且标注了每一篇核心论文的大致贡献，这为我进行后续的文献调研指明了清晰的方向。总而言之，这是一本兼顾了经典理论的深刻性、现代方法的先进性，以及工程实践指导性的全面性，非常值得投入时间和精力去精读的一本高水平教材。

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这本书的排版和装帧实在是让人眼前一亮，尤其是那个亚光封面，拿在手里有一种沉甸甸的质感，非常耐看。我特意翻阅了目录，感觉内容覆盖面相当广，从基础的数字信号处理到复杂的系统辨识与优化，每一章节的标题都透露着一股严谨和专业的味道。作者在内容组织上显然下了很大功夫，逻辑链条清晰得像一条精心铺设的轨道，让人很容易就能跟上他们的思路。特别是对一些经典控制理论的阐述，似乎加入了更多现代的视角和案例，让那些原本有些枯燥的数学公式焕发出了新的生命力。我目前正准备深入研究自适应控制部分，光是看前几页的引言，就觉得作者对这个领域的理解已经达到了炉火纯青的地步，引用的参考文献也十分新颖，看得出来是紧跟学术前沿的。对于我这种需要经常在理论和实际应用之间切换的工程师来说，这种既有深度又有广度的教材简直是如获至宝，很少有能做到平衡得如此到位的。我打算把这本书作为我未来一段时间内案头必备的工具书，期待着在实际项目中应用书中的理论指导。

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说实话，我一开始对这本“第二版”有些保留，担心会不会只是修修补补的旧瓶装新酒。但实际阅读后，我的顾虑完全打消了。新版在算法的实现细节上做了大量的更新，这一点对于我们搞仿真和代码实现的人来说至关重要。我注意到，书中关于现代控制理论中状态空间法的讲解部分，引入了更多基于MATLAB/Simulink的实例分析，这简直是太贴心了！以前读其他教材，理论推导看懂了，但一到实际编程操作就迷失了方向，总感觉缺少一个完美的桥梁。这本书正好弥补了这一点，它不仅仅告诉你“为什么”，更告诉你“怎么做”。插图的质量也提升了不少，那些动态系统的响应曲线图清晰明了，参数变化的趋势一目了然，大大降低了理解复杂系统的认知负荷。我特别欣赏作者对“工程实现难度”的考量，很多理论在实验室可行，但搬到工业现场就容易出岔子，这本书似乎总能提前预见到这些问题，并给出相应的工程化建议。这种注重落地性的写作风格，非常符合我这种实践派读者的需求。

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我最近在负责一个关于高精度伺服机构的反馈控制项目，遇到了一个棘手的非线性问题。正当我头疼如何选择合适的控制器结构时，偶然翻到了这本书的关于鲁棒控制策略的那一章。书中对H无穷范控制的介绍，不仅仅是公式的堆砌，更是结合了典型的“有界干扰”场景进行深入剖析。作者用非常直观的比喻解释了奇异值的物理意义，这对我理解控制器的裕度和稳定性边界起到了决定性的作用。我甚至在书中找到了一段关于建立简化模型以应对实际硬件限制的讨论，这部分内容在很多标准教科书中是被简单带过的，但却是工程实践中的关键瓶颈。这本书的价值就在于，它把“教科书”和“实战手册”巧妙地融合在了一起。它让你在掌握理论的同时，始终能感受到现实世界中那些不可避免的噪声、延迟和不确定性，从而设计出真正“坚固耐用”的控制系统。这对于提升工程师的系统思维能力，远比单纯记忆公式要宝贵得多。

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