9787303122004 可编程控制系统设计与实训 北京师范大学出版社 吴元修 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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吴元修 著

图书标签:

• 可编程控制器
• PLC
• 工业控制
• 系统设计
• 实训
• 自动化
• 电气工程
• 北京师范大学出版社
• 吴元修
• 控制系统

店铺： 聚雅图书专营店

出版社： 北京师范大学出版社

ISBN：9787303122004

商品编码：29424830311

包装：平装

出版时间：2011-06-01

基本信息

书名：可编程控制系统设计与实训

定价：39.50元

作者：吴元修

出版社：北京师范大学出版社

出版日期：2011-06-01

ISBN：9787303122004

字数：419000

页码：305

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.481kg

编辑推荐

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内容提要

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吴元修等主编的《可编程控制系统设计与实训》以三菱公司的FX2N系列可编程控制器（PLC）为例，以基于工作过程的项目为载体，在相应具体工作任务中介绍了PLC的硬件结构和工作原理；PLC的内部编程软件和指令系统；编程软件的使用和梯形图的设计方法。书中从应用角度出发，基于典型逻辑控制系统、顺序控制系统、位置控制系统（步进电动机的控制）、模拟量闭环控制系统（拌胶机的控制）、变频器控制系统（纺纱卷绕电动机的控制）的设计与安装等工程实例，旨在培养读者PLC技术在生产一线的应用能力，使读者学会PLC控制系统的设计方法，熟悉PLC控制系统施工与质量验收规范，了解外PLC技术发展动向，具有PLC控制系统的安装、接线、调试、维护与维修能力，具有利用PLC完成中等复杂程度机电设备控制系统的改造设计能力。本书可作为高职高专院校电气自动化技术、机电一体化技术、应用电子技术和数控技术等专业的教材使用，也可供企业工程技术人员自学和作为培训教材使用。建议授课时数为72学时。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《现代自动控制理论基础与工程应用》 一、 概述 本书旨在系统阐述现代自动控制理论的核心概念、方法与技术，并深入探讨其在各类工程领域的实际应用。内容覆盖从经典控制理论的巩固，到现代控制理论的引入，再到先进控制策略的介绍，力求为读者构建一个全面、深入且具有实践指导意义的自动控制知识体系。本书理论与实践相结合，理论推导严谨，工程案例丰富，旨在培养读者独立分析和解决复杂控制问题的能力。 二、 理论基础 1. 经典控制理论回顾与深化： 系统建模： 详细介绍不同类型系统的数学建模方法，包括微分方程、传递函数、零极点分析、框图化简等。重点阐述了如何根据物理规律建立系统的数学模型，以及如何从实验数据辨识系统模型。 时域分析： 深入分析系统的暂态响应（如单位阶跃响应、斜坡响应）和稳态响应。讲解了超调量、上升时间、调节时间、稳态误差等关键性能指标的含义及其与系统参数的关系。 频域分析： 详细阐述了频率响应的概念，包括奈奎斯特图、波特图、根轨迹图等分析工具。重点讲解了如何利用这些工具分析系统的稳定性、相对稳定性以及设计控制器以满足性能要求。 控制器设计： 系统讲解了PID（比例-积分-微分）控制器的原理、整定方法（如Ziegler-Nichols法、衰减因子法）及其在工程中的广泛应用。同时，也涵盖了超前、滞后、超前-滞后补偿器的设计原理与方法。 2. 现代控制理论核心内容： 状态空间方法： 引入状态向量的概念，建立系统的状态空间方程（连续时间和离散时间）。详细阐述了状态向量对系统内部状态的描述能力，以及其在处理多输入多输出（MIMO）系统和非线性系统方面的优势。 可控性与可观性： 深入讲解了系统的可控性与可观性判据，以及它们在控制器设计和状态观测器设计中的重要作用。阐述了如何通过状态反馈实现系统期望的动态性能，以及如何通过状态观测器来估计无法直接测量的系统状态。 线性二次型调节器（LQR）： 详细介绍LQR的设计原理，包括二次型性能指标的意义，以及如何通过求解Riccati方程得到最优状态反馈增益。重点阐述了LQR在优化系统性能、实现最佳响应方面的强大能力。 状态观测器设计： 介绍 Luenberger 观测器和卡尔曼滤波器。详细讲解了如何根据系统的模型和测量输出设计状态观测器，以估计系统状态。重点阐述了卡尔曼滤波器在处理含噪声测量数据和优化状态估计方面的理论基础与实际应用。 离散时间系统分析与设计： 针对数字控制系统，详细介绍了离散时间系统的时域分析、频域分析以及状态空间方法。重点讲解了脉冲采样、零阶保持器等概念，以及离散时间PID控制器和状态反馈控制器的设计方法。 三、 先进控制策略 1. 最优控制： 深入探讨了变分法在最优控制中的应用，以及Pontryagin最大值原理。介绍了动态规划方法和Hamilton-Jacobi-Bellman方程在求解最优控制问题中的作用。 2. 鲁棒控制： 讲解了系统不确定性对控制性能的影响，以及如何设计鲁棒控制器以保证系统在一定不确定性范围内稳定和性能达标。重点介绍H∞控制和μ-合成等鲁棒控制方法。 3. 自适应控制： 介绍自适应控制系统的基本原理，即控制器参数能够根据系统性能的变化而自动调整。详细阐述了模型参考自适应控制（MRAC）和自校正调节器（STR）等典型自适应控制策略。 4. 模糊控制与神经网络控制： 引入人工智能技术在控制领域的应用。详细讲解了模糊逻辑的推理机制及其在模糊控制器设计中的应用，以及神经网络的结构、学习算法及其在非线性系统建模与控制中的作用。 四、 工程应用实践 1. 工业过程控制： 对象分析： 针对化工、冶金、电力等典型工业过程，分析其动态特性和控制难点。 控制器选型与整定： 结合具体工业过程，指导读者如何根据过程特性选择合适的控制器类型（如PID、前馈、串级控制等），以及如何进行控制器参数的整定和优化。 典型应用实例： 详述温度控制、压力控制、流量控制、液位控制、电机调速等工业过程的控制方案设计与实现。 2. 机器人与运动控制： 动力学建模： 介绍机器人关节动力学、末端执行器运动学和动力学建模方法。 轨迹规划与跟踪： 讲解机器人路径规划、点到点运动和连续轨迹跟踪的控制方法。 PID、力矩控制与先进控制： 深入分析PID控制在关节控制中的应用，以及基于动力学模型的力矩控制和先进的阻抗控制、自适应控制策略在机器人操作中的应用。 3. 车辆与交通系统控制： 车辆动力学模型： 介绍车辆的纵向、横向动力学模型。 巡航控制与自适应巡航控制： 详细阐述巡航控制系统的设计原理，以及自适应巡航控制（ACC）如何通过雷达或激光雷达实现与前车的车距保持和速度调节。 电子稳定程序（ESP）与防抱死制动系统（ABS）： 讲解ESP和ABS的控制逻辑和实现技术，以提高车辆的行驶安全性和稳定性。 4. 航空航天与生物医学工程： 飞行器姿态控制： 介绍飞机、无人机等飞行器的姿态稳定控制原理，以及舵面控制、推进系统控制的应用。 生物信号采集与处理： 介绍生物传感器的工作原理，以及对心电图、脑电图等生物信号进行滤波、特征提取的控制算法。 医疗设备控制： 探讨医疗机器人、精密注射泵、呼吸机等医疗设备的控制系统设计。 五、 仿真与实验 1. 仿真工具介绍： 详细介绍MATLAB/Simulink等主流的控制系统仿真软件，并演示如何利用这些工具进行系统建模、仿真分析和控制器设计。 2. 实验设计与指导： 提供一系列与理论内容紧密结合的实验项目，涵盖经典控制实验（如PID调速系统、伺服系统）、现代控制实验（如状态空间模型辨识、LQR设计）以及应用型实验。指导读者如何搭建实验平台、进行实验操作、采集数据、分析结果并撰写实验报告。 3. 实践案例分析： 结合实际工程项目，深入剖析其控制系统的设计思路、遇到的问题、解决方法以及最终的性能评估，帮助读者将理论知识转化为解决实际工程问题的能力。 六、 总结与展望 本书最后对现代自动控制理论的发展趋势进行展望，包括智能控制、网络化控制、分布式控制、数据驱动控制等前沿领域，鼓励读者在掌握扎实理论基础的同时，积极探索新的控制技术，以应对日益复杂的工程挑战。 本书内容丰富，结构清晰，语言流畅，旨在成为读者学习自动控制理论、掌握工程实践技术的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

这本书的知识体系构建得像一个精心搭建的控制塔，从底层的基础电子元件和信号处理开始，逐步向上延伸到复杂的算法和网络通信。我特别关注了其中关于嵌入式系统在控制应用中的篇章，它对微控制器（MCU）的资源限制（如内存和运算速度）如何反作用于控制算法的选择做了深刻的讨论。作者并没有推荐那些对资源要求极高的现代算法，而是回归到了对经典算法的优化和剪枝，比如如何用定点运算替代浮点运算以提高速度和降低功耗。这种务实的态度，非常贴合实际工业界对成本和性能的平衡需求。此外，书中对安全性（Security）的提及虽然简短，但视角非常前沿，触及了工业控制系统面临的网络攻击威胁，并提出了基本的安全加固思路。整本书的阅读体验，就像是跟随一位经验丰富的总工程师进行了一次全面的项目复盘，他不仅告诉你系统的功能实现了，更告诉你这个系统在工程实现过程中克服了哪些技术难关，规避了哪些潜在风险，这种全景式的视野让人受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书的文字风格带着一种老派工科教授特有的沉稳和精准，没有过多花哨的辞藻，每一个句子都像是经过精确计算的指令，直奔主题。我最欣赏的一点是它对系统建模和仿真环节的重视。在介绍状态空间法时，作者并没有直接跳到矩阵运算，而是先用一个简单的机械传动系统作为例子，一步步推导出微分方程，然后才引入状态变量的定义。这种循序渐进的过程，极大地降低了读者对高等数学工具的畏惧感。此外，书中对离散化处理的讲解也极其到位，明确指出了采样周期对系统稳定性和控制性能的制约关系，并给出了判断的经验法则。当我对照书中的仿真代码去MATLAB/Simulink里复现那些曲线时，发现和书上的结果几乎一致，这印证了作者在理论推导和实际仿真之间的无缝衔接能力。对于想要从事自动化算法研究的人来说，这本书提供的不仅仅是知识点，更是一套严谨的工程思维方法论。

评分☆☆☆☆☆

我是一个偏爱动手实践的工程技术人员，所以对于那些纯理论堆砌的书籍总是敬而远之。然而，这本教材的实训部分彻底颠覆了我的看法。它巧妙地将理论知识融入到一系列精心设计的实验项目中，每一个实验都有明确的预期目标和详细的步骤指南。比如，有一个关于故障诊断的实验，它设计了一个模拟传感器漂移的场景，要求读者利用卡尔曼滤波的思想来估计真实状态，这个设计的巧妙之处在于，它不仅考察了控制理论知识，更考察了数据处理和容错能力。书中对实验设备的要求描述得也非常具体，甚至连推荐的传感器型号和采集卡参数都列出来了，这为我们搭建实验平台省去了大量调研时间。更重要的是，它不只是教你如何让系统“跑起来”，更引导你去思考“如何让它跑得更健壮、更高效”，这种对系统鲁棒性的关注，是现代工业控制的核心。阅读过程中，我甚至能想象到作者在编写这些章节时，自己是如何在一台又一台的实验台上反复调试和修正的，充满了对细节的执着。

评分☆☆☆☆☆

这本厚厚的书，拿到手上沉甸甸的，光是封面设计就透着一股严谨和专业的味道，那种经典的教材风格，让人一下就联想到大学课堂里那些充满求知欲的下午。我翻开目录，对其中“实时系统架构与任务调度”这一章的内容格外感兴趣，它不像有些书那样只是停留在理论的介绍，而是深入到具体的算法实现层面，比如经典的优先级反转问题如何通过高效的锁机制来规避，以及如何根据不同工业现场对时间精度的要求来选择合适的实时操作系统内核。书中对各种经典控制策略的讲解也十分到位，从基础的PID到更复杂的模糊控制和神经网络控制，作者似乎是手把手地带着读者去理解每一个参数背后的物理意义和工程含义，而不是简单地罗列公式。尤其是涉及到实际应用案例的部分，那些图文并茂的系统框图和仿真结果，简直是太贴心了，让人感觉不是在啃枯燥的理论，而是在进行一场真实的工程设计。我特别欣赏作者在阐述复杂概念时所采用的类比手法，它有效地架起了理论与实践之间的桥梁，让初学者也能迅速抓住要点。整体来看，这本书的编排逻辑非常清晰，知识点的递进关系处理得恰到好处，绝对是值得反复研读的工具书。

评分☆☆☆☆☆

说实话，一开始我是抱着“又是一本中规中矩的教科书”的心态打开这本书的，但很快我就发现自己错了。这本书的精髓在于它的“实训”二字，它不仅仅是告诉你“怎么做”，更是告诉你“为什么这么做会更好”。我特别关注了关于PLC编程和SCADA系统集成的章节，里面对西门子和罗克韦尔等主流品牌的编程范式做了细致的对比分析，这对于我们这些希望在不同平台间切换的工程师来说，简直是如虎添翼。作者在讲解定时器和计数器这种看似基础的指令时，都融入了实际生产线上的陷阱与优化技巧，比如如何处理断电保持问题，如何在高速脉冲输入下保证数据采集的准确性。更让我惊喜的是，书中还穿插了一些关于工业网络协议，比如Modbus/TCP和EtherNet/IP的底层数据帧结构解析，这种深度解读在国内的教材中是比较少见的。这使得读者不仅仅停留在“会用”的层面，更能深入到“理解”和“优化”的层次。这本书的排版虽然朴素，但重点突出，那些关键代码片段和硬件接线图都标注得非常清晰，让人在动手实践时可以迅速定位和核对，极大地提升了学习效率。