可编程序控制器系统原理及应用

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出版者:电子工业出版社
作者:曹辉等编
出品人:
页数:347
译者:
出版时间:2005-3
价格:27.00元
装帧:平装
isbn号码:9787505389892
丛书系列:
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具体描述

可编程序控制器(PLC)以其高可靠性、适应性强和使用简便等突出优点在自动化控制领域应用广泛,本书从实际应用的角度重点介绍了OMRON C200Ha PLC的硬件系统、工作原理、指令系统、编程方式、网络通信结构、触摸屏操作,以及实际应用等内容。

本书是“北京市高等教育精品教材立项项目”之一,可作为高等院校相关专业教材,也可作为工业自动化、机电一体化和计算机控制等领域工程技术人员的参考书。

现代控制理论基础与实践 内容简介 本书旨在为读者提供一套系统而深入的现代控制理论知识体系,并着重于将理论成果转化为实际工程应用的能力。全书结构严谨,逻辑清晰,内容涵盖了经典控制理论向现代控制理论过渡的关键环节,以及当代控制系统设计的前沿方法。 第一部分:经典控制理论的深化与扩展 本部分首先回顾了经典的频率响应分析法(如波德图、奈奎斯特图),并在此基础上引入了更具洞察力的时域分析工具——状态空间表示法。我们详细阐述了如何将线性定常系统(LTI)的微分方程形式转换为标准状态空间模型,并探讨了系统的能控性与可观性判据,这是后续状态反馈设计和状态观测器设计的前提。 随后,我们深入探讨了线性二次型最优控制(LQR)的基础。LQR被视为连接性能指标(二次型性能指标函数)与系统动态特性的桥梁。书中不仅推导了代数黎卡提方程(ARE)的求解过程,还详细分析了LQR控制器增益矩阵的物理意义及其对系统稳定性和瞬态响应的影响。为了应对系统中的不确定性,本章还引入了H∞控制理论的初步概念,重点讲解了如何通过加权函数来平衡性能与鲁棒性。 第二部分:现代控制系统的设计方法 现代控制设计的核心在于利用系统的内部状态信息来构造高性能控制器。本部分首先聚焦于极点配置技术。我们通过对可控性矩阵的分析,阐明了如何通过选择合适的状态反馈增益,将系统的闭环特征多项式配置到期望的位置,从而精确地预定系统的动态行为。在此基础上,我们引入了极点配置与状态观测器的结合,即著名的卡尔曼-克雷布斯(Ackermann's)公式及其在设计全阶和降阶观测器(如Luenberger观测器)中的应用。 针对无法直接测量所有状态变量的实际工程难题,本书投入大量篇幅讲解了卡尔曼滤波(Kalman Filtering)。我们不仅仅停留在介绍其递推公式,更深入剖析了该算法背后的概率论基础——最小均方误差估计的原理。书中通过仿真实例展示了如何在存在随机噪声(过程噪声和测量噪声)的情况下,最优地估计系统状态,这对于高精度导航、定位和数据融合至关重要。 第三部分:非线性控制与先进主题 随着对复杂系统建模能力的增强,非线性控制理论成为现代控制研究的焦点。本部分介绍了处理非线性系统的几种主流方法。首先是线性化技术,即在工作点附近使用泰勒级数展开将非线性系统转化为局部线性模型,并应用前述的线性控制设计方法。 接着,我们转向了更本质的非线性控制方法——滑模控制(Sliding Mode Control, SMC)。我们详细分析了滑模控制器设计的两个核心步骤:设计一个能将系统状态驱动至滑模面的切换函数,以及设计一个能保持系统在滑模面上的切换控制律。书中重点讨论了SMC对外部扰动和模型不确定性的强大鲁棒性,同时也剖析了“抖振”现象及其主要的抑制策略(如使用饱和函数或边界层技术)。 此外,本书还包含了对鲁棒控制的深入探讨。在H∞控制的基础上,我们进一步引入了μ-综合理论的框架,旨在处理具有明确结构化不确定性的系统。通过分析增益奇异值,读者可以掌握如何设计在特定不确定集内都能保证稳定的控制器。 第四部分:工程应用与仿真实现 理论的价值最终体现在应用中。本部分强调了从模型到实际系统的转化过程。我们不仅提供了大量的控制系统仿真案例(使用MATLAB/Simulink环境),还涵盖了数字控制系统的实现基础。这包括从连续时间系统到离散时间系统的精确转换(如零阶保持器法和双线性变换法),以及采样时间选择对控制性能和稳定性的影响。 书中涵盖的应用案例包括:高精度伺服机构的轨迹跟踪、柔性机械臂的振动抑制、以及简化的无人机姿态稳定系统设计。这些案例均要求读者综合运用状态空间建模、LQR设计、卡尔曼滤波状态估计等多种现代控制技术,以应对实际工程中耦合性强、约束多的复杂挑战。 目标读者 本书面向控制工程、自动化、机械电子、航空航天等相关专业的高年级本科生、研究生,以及从事系统控制、自动检测与标定、过程控制等领域的工程技术人员。读者应具备一定的微积分、线性代数基础,并对经典控制理论有初步了解。通过本书的学习,读者将能够独立完成复杂系统的现代控制系统设计、分析与仿真工作。

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这本书的行文风格非常接地气,不像有些技术书籍那样满篇的术语堆砌,读起来让人感觉像是资深的工程师在手把手地教你。作者在解释每一个概念时,总能用贴近实际生产现场的例子来辅助说明,这种“实战派”的讲解方式,让我立刻就能联想到实际应用中的场景。比如在介绍故障诊断时,他没有停留在理论层面,而是详细描述了某次实际生产线上出现的间歇性通信错误是如何通过逻辑分析逐步定位并解决的,那段叙述简直是生动极了,让我感觉自己仿佛置身于那个控制室里。这种叙事手法极大地激发了我的学习兴趣,让原本枯燥的原理知识变得鲜活起来。我尤其喜欢它在介绍新功能或新算法时,总会先回顾一下传统方法的局限性,然后再引出新的解决方案的优势,这种对比论证的方式,逻辑链条清晰,说服力极强,让人心悦诚服地接受新的知识体系。

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作为一本深入探讨系统的专业书籍,它对于基础知识的夯实工作做得非常扎实和全面。我过去在自学过程中,总感觉有些基础概念似懂非懂,尤其是一些底层硬件和软件交互的细节,总是无法完全打通。然而,这本书从最基础的信号采集和执行器控制讲起,层层递进,将硬件接口规范、数据总线结构、中断处理机制等核心内容都进行了详尽的剖析。它没有跳过那些看似简单的步骤,而是用严谨的数学模型和详细的流程图来支撑每一个结论,这种严谨性是真正的高水平学术著作的体现。我感觉这本书就像是一张详尽的地图,把我过去零散的知识点串联了起来,让我对整个系统的架构有了宏观而又深入的把握。那种“原来如此”的豁然开朗的感觉,是对一本好教材最高的褒奖,这本书给我的正是这种感觉。

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这本书的排版和装帧设计真是一流,拿到手里就能感受到作者和出版方的用心。封面设计简洁大气,配色沉稳又不失现代感,一看就是能让人静下心来研读的专业书籍。内页纸张质量上乘,摸起来光滑细腻,印刷清晰度极高,即便是那些复杂的电路图和程序流程图,线条也锐利分明,没有丝毫的模糊不清。更让我欣赏的是它的章节划分和版式布局。每一章的标题醒目有力,正文段落之间留白得当,阅读起来非常舒服,长时间阅读也不会感到视觉疲劳。尤其是那些理论性的内容,作者很巧妙地穿插了一些精美的示意图和表格,把抽象的概念具象化了。比如讲到时序逻辑时,配的那张图简直是点睛之笔,瞬间就让我对时序有了更直观的理解。作者在细节上的考究,让这本书不仅仅是一本工具书,更像是一件值得收藏的工艺品,这对于我们这些需要经常查阅和翻阅专业书籍的人来说,简直是太重要了,它极大地提升了学习和工作的愉悦感。

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这本书在配套资源的提供和软件工具的结合使用方面,做得相当到位。它不仅仅是纸上的文字,更是一个完整的学习生态系统的一部分。书的后半部分详细介绍了如何利用仿真软件对编写的逻辑进行调试和验证,并且给出了几个非常实用的虚拟场景案例。这些案例的复杂程度设置得非常合理,既能充分检验理论知识的应用,又不会因为过于庞大而让人望而却步。更值得称赞的是,作者似乎预见到了读者在实际操作中可能遇到的环境配置问题,对虚拟调试环境的搭建步骤做了极其细致的图文说明,生怕读者在哪一步卡住。这种对读者学习路径的细致关怀,使得这本书的学习曲线变得非常平滑,有效降低了技术实践的门槛,真正做到了理论与实践的无缝对接。

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这本书的选材角度非常新颖,它没有将重点仅仅放在某一家特定厂商的封闭式产品介绍上,而是着眼于整个行业共性的原理和应用逻辑。这一点在介绍通信协议和编程规范时体现得淋漓尽致。作者花费了很大篇幅来对比分析几种主流工业通信标准的设计哲学和适用场景,这对于我们进行跨平台兼容性研究和未来技术选型至关重要。它培养的是一种解决问题的通用思维,而不是死记硬背某个特定型号的操作手册。我特别欣赏作者对“设计哲学”的探讨,这使得全书的深度远超一般的技术手册。它引导读者去思考“为什么是这样设计”,而不是简单地“它是这样工作的”。这种高度的理论思辨性,让这本书不仅适合初学者打基础,更适合有经验的工程师用来提升自己的系统设计能力和架构视野。

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