智能仪器设计基础

智能仪器设计基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:北方交通大学出版社
作者:金锋
出品人:
页数:226
译者:
出版时间:2005-8
价格:20.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787810825917
丛书系列:
图书标签:
  • 智能仪器
  • 仪器设计
  • 传感器技术
  • 数据采集
  • 信号处理
  • 嵌入式系统
  • 单片机
  • 测量技术
  • 自动化
  • 控制系统
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具体描述

本书内容共分8章。第1章绪论主要介绍智能仪器基本组成及其特点;第2章介绍智能仪器中微机系统设计及扩展接口方法;第3章介绍智能仪器人机接口技术;第4章介绍智能仪器的数据采集系统设计;第5章介绍智能仪器的输出及执行装置的接口技术;第6章介绍智能仪器的串行通信和并行通信接口技术以及串行总线;第7章介绍智能仪器设计中的智能化技术;第8章介绍智能仪器设计的典型实例。为使理论联系实际,书中含有一些设计实例,每章皆有思考与练习题。

本书内容丰富,结构紧凑,实用性强。适用于高等院校检测技术与自动化装置、工业自动化、测控技术与仪器、计算机应用、通信工程、电子信息等专业的本科生、研究生及从事智能仪器开发、设计及应用方面的工程技术人员。

好的,这是一本关于《现代控制理论及其应用》的图书简介,内容详实,力求专业且自然流畅: --- 《现代控制理论及其应用》 (一部聚焦系统动力学、先进控制算法与工程实践的深度专著) 前言:驾驭复杂系统的钥匙 在当今高速发展的科技领域,无论是航空航天、精密制造、生物医学工程,还是能源管理和交通运输,对复杂动态系统的精确描述、分析和有效控制都是实现性能飞跃的关键。传统的经典控制方法在面对高维、强耦合、时变或存在显著非线性特征的系统时,往往显得力不从心。《现代控制理论及其应用》正是为了填补这一理论与工程实践之间鸿沟而诞生的。 本书并非对基础概念的简单重复,而是将读者从经典的频域分析带入更为强大和灵活的状态空间方法。我们致力于构建一个坚实的理论框架,并辅以大量贴近工业实际的案例,确保理论推导不仅严谨,而且具备可操作性。 --- 第一部分:状态空间方法的基石与系统辨识 本部分奠定了现代控制理论分析的基础,侧重于如何将物理系统转化为数学模型,这是所有后续控制设计的前提。 第一章:线性定常系统的状态空间描述 我们首先详细探讨了系统的状态变量、状态方程和输出方程的构建方法。重点讲解了相似变换(包括Jordan标准型和约当标准型)在简化和理解系统内在结构中的作用。深入分析了系统的能控性和能观测性——这是设计极点配置和观测器的先决条件。对于时间不连续的系统,我们引入了离散时间系统的状态空间表示,并探讨了连续与离散系统之间变换的理论基础。 第二章:系统时间响应与稳定性分析 在状态空间框架下,系统的时间响应不再依赖于传递函数分解,而是通过矩阵指数 $mathrm{e}^{At}$ 直接计算。本章深入剖析了李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论,这是分析非线性系统稳定性的核心工具。我们详细阐述了李雅普诺夫第一法(间接法)和李雅普诺夫第二法(直接法),并通过构造合适的二次型李雅普诺夫函数,为线性系统的渐近稳定性和有限时间稳定性提供了严格的数学判据。 第三章:系统辨识与模型获取 在许多工程应用中,系统的精确物理参数往往难以直接测量。本部分着重介绍了系统辨识的基本流程和常用算法。内容涵盖了参数估计的最小二乘法(LS)及其递推形式(RLS),并讨论了如何在存在噪声干扰的环境下,通过子空间辨识法等先进技术,从实验数据中可靠地提取出系统的精确状态空间模型。 --- 第二部分:经典现代控制设计——极点配置与状态观测 本部分是现代控制设计的核心,聚焦于如何通过反馈机制来重塑系统的动态行为。 第四章:状态反馈极点配置与可控性应用 极点配置,即通过状态反馈将系统的特征根(极点)放置到预定位置,从而决定系统的瞬态响应特性。本章详细推导了Ackermann公式和左/右逆矩阵法在实现任意极点配置中的具体步骤。此外,我们探讨了反馈增益矩阵的选择对系统性能(如鲁棒性)的影响,并讨论了输出反馈设计的局限性与解决方案。 第五章:状态观测器的设计与估计 由于状态变量通常无法被直接测量,状态观测器应运而生。本章侧重于Luenberger观测器的设计原理,强调了观测器极点配置与主系统极点配置之间的相互独立性。针对高维系统和有噪声环境,我们引入了更为精密的卡尔曼滤波(Kalman Filtering)。卡尔曼滤波的推导过程被详细分解,并展示了其在最优线性无偏估计中的优越性,这是现代导航、制导系统不可或缺的基础。 第六章:复合控制:最优控制与LQG设计 超越简单的稳定性要求,最优控制旨在最小化特定的性能指标函数。本章引入变分法和庞特里亚金极大值原理,推导出线性系统最优状态反馈(LQR)的求解方法。更进一步,我们将LQR的设计与卡尔曼滤波相结合,形成了线性二次高斯(LQG)控制。LQG的设计理念和分离原理是现代控制工程中最具代表性的成果之一。 --- 第三部分:非线性、鲁棒性与先进控制策略 随着系统复杂度的提升,线性化模型带来的误差日益凸显。本部分将理论扩展至更具挑战性的非线性领域。 第七章:非线性系统的分析与线性化 本章首先讨论了非线性系统的平衡点分析和局部线性化方法。随后,我们深入探讨了描述非线性系统稳定性的更一般方法,如拉日朗日稳定理论,并引入了输入-输出线性化和反馈线性化技术,试图通过巧妙的坐标变换和反馈来“消除”非线性项。 第八章:鲁棒控制基础——H-无穷控制 在不确定性环境中,控制器需要对模型误差和外部扰动保持有效性。本章的核心是$mathrm{H}_infty$ 控制理论。我们通过将控制问题转化为三角不等式问题,利用Riccati不等式来设计能够在保证一定衰减水平下的鲁棒控制器。这为设计抗干扰能力强的工业控制系统提供了严谨的数学工具。 第九章:先进的反馈控制技术:滑模控制与自适应控制 针对强不确定性或模型参数时变的系统,本章介绍了两种强大的自适应和鲁棒技术。 滑模控制(SMC):通过设计一个高频切换的控制律,迫使系统轨迹“滑入”一个预设的低阶流形,从而实现对不确定性的极高鲁棒性。我们详细分析了SMC中的抖振现象及其基于功率到达律的抑制方法。 自适应控制:针对模型参数未知或缓慢变化的系统,本章讨论了基于模型的自适应控制(MRAC),例如劳斯塔(Lyapunov-based)自适应律的设计,使得控制器增益能够实时调整,以匹配被控对象的变化。 --- 结语:理论的工程化实现 《现代控制理论及其应用》的最终目标是连接理论与工程实践。全书贯穿了大量的仿真案例和基于实际传感器数据的实例分析,旨在帮助工程师和研究人员掌握从系统建模到控制器综合,再到实验验证的全过程。本书适合作为高等院校自动化、电子信息、机械工程、航空航天等相关专业高年级本科生及研究生的教材或参考书,也是一线工程师提升复杂系统控制设计能力的必备工具书。掌握了这些现代工具,方能自信地驾驭下一代智能系统的挑战。

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读后感

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用户评价

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这本书的排版和图示质量着实令人赞叹,这在技术书籍中是难能可贵的。我是一个视觉学习者,很多复杂的系统框图如果不能清晰地展现出来,我光靠文字描述很难在脑海中构建起立体的概念模型。这本书在这方面做得极其出色。例如,在阐述闭环控制系统的稳定性分析时,作者提供的Bode图和Nyquist图的示例,不仅清晰标注了关键的裕度判据点,还配有详细的文字注释解释了这些图形如何直接映射到实际的系统响应上。我甚至发现,有些图示的细节处理得比我大学教材中的版本还要精妙。此外,书中对不同设计阶段的文档规范和版本控制的介绍也极具实践价值,这对于规范团队协作、保证项目可追溯性非常有帮助。虽然内容偏重于理论基础的构建,但作者似乎总能找到将抽象概念具象化的“桥梁”,让学习过程保持了一种愉悦的探索感,而不是枯燥的记忆负担。

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我必须承认,初次接触这本书时,我有点担心它会过于偏重硬件层面,而忽视了“智能”中的软件和算法部分。但阅读后发现,我的担忧完全是多余的。这本书对软件架构的论述,尤其是在面向实时操作系统(RTOS)的任务调度和优先级管理方面,展现了深厚的功力。作者用一个典型的多传感器数据融合案例,清晰地演示了如何平衡数据采集的同步性、计算的实时性和用户界面的响应速度。书中所推荐的模块化编程思想,极大地简化了我们后续对仪器的功能扩展和维护工作。以前我们总是把软件写成一团乱麻,难以定位问题。这本书提供了一个清晰的蓝图,告诉你如何从一开始就搭建一个可扩展、易于测试的软件骨架。对于希望将自己的设计从简单的MCU控制升级到具备复杂数据处理能力的现代仪器的同行们来说,这本书在软件工程实践层面的指导,价值远超其书本价格。

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这本书简直是打开了我对这个领域认知的一扇窗!我之前总觉得“智能仪器设计”这个概念太宏大,理论和实践之间的鸿沟难以逾越。然而,这本书的结构非常清晰,它并没有直接跳入高深的算法,而是从最基础的信号采集和处理原理入手,层层递进。特别是关于传感器选型和噪声抑制的那几章,作者的讲解细致入微,用了很多实际工程案例来佐证理论。我记得有一次我调试一个流量计的信号输出时,一直被漂移问题困扰,翻阅了书中关于时间序列分析和卡尔曼滤波的应用实例后,我找到了突破口。这本书的妙处在于,它不是简单地罗列公式,而是教会你如何“思考”设计问题,将物理世界的现象转化为可量化的数据模型,这个过程的阐述非常到位,让我深刻体会到“基础”二字的重量。如果说有什么不足,可能对于某些前沿的深度学习在仪器状态监测中的应用讨论稍显不足,但考虑到本书的定位是“基础”,这完全可以理解。总而言之,对于初入此行或者希望夯实基础的工程师来说,这是一本不可多得的案头宝典,翻阅率极高。

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对于我这种长期在工业自动化领域打滚的工程师来说,寻找一本既能回顾经典理论又能兼顾当前主流标准和规范的书籍是件难事。这本书的厉害之处在于它巧妙地融合了传统控制理论与现代嵌入式系统的集成思维。我尤其关注了它在“系统鲁棒性评估”一章中的论述。作者不仅仅停留在经典的误差分析,而是引入了FMEA(失效模式与影响分析)的思维框架来指导仪器的容错性设计。这使得我们在设计过程中,必须提前预判潜在的硬件故障和软件异常,并设计出优雅的降级工作模式。这套系统化的设计流程,对于开发高可靠性、长寿命的监测设备来说,简直是救命稻草。它教会我的不是如何写出一段漂亮的C代码,而是如何构建一个在恶劣工况下依然能保持核心功能的“皮实”的仪器。这种从“功能实现”到“可靠性保障”的思维跃迁,是这本书带给我最大的收获。

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说实话,我更倾向于把这本书看作是一部精炼的“工程哲学”读本,而不是一本纯粹的技术手册。我特别欣赏作者在探讨人机交互界面(HMI)设计时的那份人文关怀。在当前许多技术书籍都沉迷于堆砌最新的微处理器性能参数时,这本书花了大量篇幅来讨论如何设计一个直观、高效且不易出错的操作界面。例如,书中对“信息密度与用户认知负荷”之间的平衡关系进行了深入探讨,并结合了心理学原理来优化报警机制的设置。这对于我们设计面向最终用户的精密测量设备来说至关重要。我曾参与过一个医疗诊断仪的迭代项目,初期我们过度追求功能集成,导致操作人员需要经过数小时的培训才能熟练使用。对照书中的设计原则进行修改后,不仅培训时间缩短了,误操作率也显著下降。这本书的价值在于,它提醒我们,最好的“智能”设计,往往是让用户感觉不到“智能”存在,一切都恰到好处、顺理成章。这种超越纯粹技术范畴的视野,是许多同类书籍所欠缺的。

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