智能控制工程及其应用实例/光机电一体化丛书 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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罗均 著

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• 控制工程
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• 控制系统

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出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787502566449

商品编码：29729830723

包装：平装

出版时间：2005-03-01

基本信息

书名：智能控制工程及其应用实例/光机电一体化丛书

定价：26.00元

作者：罗均

出版社：化学工业出版社

出版日期：2005-03-01

ISBN：9787502566449

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：

商品重量：0.341kg

编辑推荐

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内容提要

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本书系统介绍了智能控制的理论、方法、系统设计及其实现技术，突出反映了智能控制在国内外的*研究成果及其应用实例。首先介绍了智能控制的产生、发展及与传统控制的区别；然后阐述了智能控制的知识工程基础、基于知识的专家控制、模糊控制、神经网络控制、分级递阶智能控制、进化算法与遗传算法；后给出了智能控制在工业控制、机器人及路径规划中的应用实例。
本书可供自动控制、机械电子工程、系统工程、经济管理、运筹学、计算机等专业的工程技术人员使用，也可作为大专院校相关专业的教材和参考书。

目录

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章 绪论
　1.1 传统控制的发展及其困难
　　1.1.1 传统控制的产生及其发展
　　1.1.2 传统控制所面临的困难
　1.2 人工智能的定义与发展
　　1.2.1 人工智能的定义
　　1.2.2 人工智能的产生与发展
　1.3 智能控制的产生、发展及其特点
　　1.3.1 智能控制的产生与发展
　　1.3.2 智能控制的结构与特点
　1.4 智能控制与传统控制
　1.5 智能控制的主要研究内容
第2章 智能控制的知识工程基础
　2.1 知识表示
　　2.1.1 一阶谓词逻辑法
　　2.1.2 产生式表示法
　　2.1.3 语义网络表示法
　　2.1.4 框架表示法
　2.2 知识利用
　　2.2.1 搜索
　　2.2.2 推理
　2.3 知识获取
　　2.3.1 机器学习的发展
　　2.3.2 机器学习的分类
　　2.3.3 机械式学习
　　2.3.4 归纳学习
　　2.3.5 指导学习
第3章 基于知识的专家系统及专家控制
　3.1 专家系统与专家控制系统
　3.2 专家系统的产生及其原理
　　3.2.1 专家系统的产生与发展
　　3.2.2 专家系统的原理
　　3.2.3 专家系统的分类
　　3.2.4 专家系统的基本结构
　　3.2.5 黑板模型
　　3.2.6 知识获取
　3.3 专家系统的实现
　　3.3.1 专家系统的设计原则
　　3.3.2 专家系统建立的步骤
　3.4 专家控制器的设计
　　3.4.1 专家控制系统的产生
　　3.4.2 专家控制器的组成
　　3.4.3 直接专家控制系统的设计
　　3.4.4 间接专家控制系统的设计
第4章 基于模糊推理的智能控制系统
　4.1 模糊控制理论的产生和发展
　4.2 模糊集合及其基本运算
　　4.2.1 普通集合
　　4.2.2 模糊集合
　　4.2.3 模糊关系
　　4.2.4 模糊推理
　4.3 模糊控制原理
　　4.3.1 模糊控制系统的组成
　　4.3.2 确定模糊控制器的结构
　　4.3.3 输入模糊化
　　4.3.4 模糊推理决策
　　4.3.5 逆模糊化
　4.4 自适应模糊控制器
　　4.4.1 性能测量
　　4.4.2 控制对象的增量模型
　　4.4.3 控制规则库的修正
　　4.4.4 尺度变换因子的选择
　　4.4.5 设计步骤
　4.5 模糊控制软件开发工具
　　4.5.1 Motorola模糊控制软件
　　4.5.2 美国FIDE模糊推理开发环境
　　4.5.3 德国模糊逻辑系统的软件工具fuzzy TECH
　4.6 模糊控制应用实例
　　4.6.1 电热炉温度控制的模糊控制
　　4.6.2 模糊控制全自动洗衣机
第5章 基于神经网络的智能控制
　5.1 概述
　　5.1.1 人脑神经网络
　　……
第6章 分级递阶智能控制
第7章 进化计算与遗传算法
第8章 智能控制工程的应用实例
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《智能控制工程及其应用实例/光机电一体化丛书》书籍简介 一、 书籍定位与核心价值 《智能控制工程及其应用实例》是一部深度聚焦于现代控制理论、技术及其在光机电一体化领域前沿应用的专著。本书旨在为读者构建一个系统、全面且极具实践指导意义的智能控制工程知识体系。其核心价值在于，它不仅梳理了智能控制的基本原理、算法模型和设计方法，更将这些理论知识与光机电一体化这一高度交叉融合的前沿学科紧密结合，通过大量的经典案例和前沿应用实例，生动地展现了智能控制技术如何赋能精密仪器、自动化设备、机器人、航空航天等领域，推动其向更智能化、更高性能、更自主化的方向发展。 本书特别适合以下读者群体： 高校师生： 针对自动化、控制工程、机械工程、电子工程、光电工程等相关专业的研究生和高年级本科生，提供前沿的教学和学习素材，是深入理解和研究智能控制理论及其在光机电领域应用的理想读物。 工程技术人员： 活跃在自动化、机器人、精密机械、光学工程、航空航天、医疗器械等行业的研发工程师、项目经理，本书能为其提供解决实际工程问题、进行技术创新和产品升级的理论指导和实践借鉴。 科研人员： 致力于控制理论、人工智能、机器人学、精密工程等领域的研究学者，本书将呈现最新的研究动态和发展趋势，启发新的研究思路。 二、 内容概览与结构解析 本书的编写遵循由浅入深、理论与实践相结合的原则，整体结构严谨，逻辑清晰，力求为读者提供一条完整、流畅的学习路径。 第一部分：智能控制工程基础理论 本部分是全书的理论基石，系统性地介绍了智能控制工程的核心概念和关键理论。 1. 引言：智能控制的时代背景与发展脉络 详细阐述传统控制理论的局限性，以及智能控制应运而生的必然性。 回顾智能控制技术的发展历程，包括专家系统、模糊控制、神经网络控制、遗传算法、粒子群优化等经典智能算法的起源与演进。 展望智能控制在未来科技发展中的重要地位和广阔前景，特别是在与光机电一体化融合的趋势下。 2. 经典智能控制算法 模糊控制（Fuzzy Control）： 深入剖析模糊逻辑的基本原理，包括模糊集、隶属度函数、模糊化、模糊推理、解模糊等核心概念。通过详细的算例，展示如何设计模糊控制器，并分析其在处理非精确、不确定信息方面的优势。 神经网络控制（Neural Network Control）： 介绍人工神经网络的基本结构（如前馈网络、循环网络）和学习算法（如BP算法）。重点讲解神经网络在系统辨识、模型预测、非线性控制等方面的应用，并探讨不同网络结构和训练方法的选择。 进化计算（Evolutionary Computation）： 聚焦遗传算法（GA）和粒子群优化（PSO）等代表性算法。详细解析其基本原理，包括选择、交叉、变异（GA），以及粒子群的初始化、速度和位置更新（PSO）。阐述这些算法如何用于优化控制器参数、解决复杂的组合优化问题。 其他智能控制方法： 简要介绍支持向量机（SVM）、粗糙集（Rough Sets）、决策树等在控制领域的潜在应用，为读者拓宽视野。 3. 现代智能控制理论与方法 自适应控制（Adaptive Control）： 探讨系统参数变化或未知时，控制器如何根据反馈信息自动调整控制策略，以维持系统的稳定性和性能。 鲁棒控制（Robust Control）： 讲解如何设计控制器，使其在系统模型不确定或受到外部干扰时，仍能保持良好的性能和稳定性。 学习控制（Learning Control）： 介绍系统通过反复操作或经验积累来提高控制精度的技术，特别是在重复性任务中的应用。 模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）： 深入阐述MPC的基本思想，即利用系统模型预测未来输出，并在约束条件下优化控制序列。分析MPC在处理多变量、约束系统中的优势。 复合控制与混合智能控制： 探讨如何将多种控制策略（如PID、模糊、神经网络）有机结合，以发挥各自优势，解决复杂控制问题。 第二部分：光机电一体化中的智能控制挑战与机遇 本部分将智能控制的理论与光机电一体化这一具体应用领域相结合，聚焦该领域特有的挑战以及智能控制所能提供的解决方案。 1. 光机电一体化系统概述 详细定义光机电一体化，阐述其构成要素（光学、机械、电子、信息处理）及其相互作用。 分析光机电一体化系统通常具备的特点，如高精度、高动态、多耦合、强干扰、非线性强等。 列举典型光机电一体化应用场景，如高精度定位平台、光学测量仪器、工业机器人、微纳操作器、光刻设备、天文望远镜等。 2. 光机电一体化系统中的控制难点 高精度要求下的动态补偿： 探讨如何通过智能控制实现亚微米、纳米级的精度控制，克服振动、漂移、热变形等影响。 多物理场耦合与非线性： 分析光学、机械、电子等子系统之间的复杂耦合关系，以及由此带来的强非线性问题，传统线性控制方法的局限性。 环境干扰与参数变化： 讨论环境因素（如温度、湿度、气流）对系统性能的影响，以及部件老化、磨损等引起的参数漂移，需要鲁棒和自适应控制技术。 实时性与计算复杂度： 探讨在高速动态过程中，对控制算法的实时性要求，以及如何平衡算法精度与计算复杂度。 自主性与故障诊断： 随着系统复杂度的提升，对系统自主运行、故障自我诊断和恢复能力的需求日益增加。 3. 智能控制在光机电一体化中的作用 精确建模与辨识： 利用神经网络、模糊逻辑等方法，建立高精度的光机电一体化系统模型，尤其是在模型难以解析的情况下。 动态性能提升： 通过自适应控制、学习控制等技术，实现对系统动态性能的优化，提高响应速度和跟踪精度。 非线性补偿与解耦： 应用神经网络、模糊控制等，有效补偿系统的非线性特性，实现不同子系统间的解耦控制。 抗干扰与鲁棒性设计： 利用鲁棒控制、模糊自适应控制等，提高系统在噪声和干扰下的稳定性。 智能化决策与优化： 结合优化算法（如GA, PSO），对系统操作进行优化，例如路径规划、能量管理等。 故障诊断与容错控制： 利用模式识别、机器学习等方法，实现系统故障的早期预警和主动应对。 第三部分：智能控制在光机电一体化中的应用实例 本部分是本书的核心亮点，通过详实、深入的案例分析，将抽象的理论知识具象化，让读者深刻理解智能控制技术的实际应用价值。每个案例都将围绕一个具体的应用场景，详细介绍其控制问题、所采用的智能控制策略、系统设计、仿真与实验验证，并对其性能进行评估。 1. 高精度光学仪器中的智能定位与跟踪 应用场景： 显微镜、望远镜、激光加工设备、光刻机等。 控制挑战： 克服热漂移、机械振动、气流扰动，实现纳米级或亚纳米级的定位精度和动态跟踪。 智能控制方案： 介绍如何利用神经网络或模糊自适应PID控制器，对系统进行高精度建模和补偿。可能涉及重复学习控制用于提高周期性轨迹的跟踪精度。 实例分析： 以某型高精度光学平台为例，阐述如何通过智能控制算法，显著提高其稳定性和动态响应。 2. 工业机器人与自动化生产线中的智能运动控制 应用场景： 搬运机器人、焊接机器人、装配机器人、AGV（自动导引车）等。 控制挑战： 精确的轨迹规划与跟踪，避障，力控协调，与环境的交互。 智能控制方案： 探讨如何使用模型预测控制（MPC）实现复杂轨迹下的精确运动，运用强化学习（Reinforcement Learning）进行动态路径规划和决策，或使用模糊逻辑进行柔顺抓取控制。 实例分析： 分析某机器人手臂在复杂装配任务中的智能路径规划和力控应用。 3. 精密机械系统中的智能减振与抗扰 应用场景： 测量仪器、半导体设备、生物医学设备等。 控制挑战： 抑制结构振动，隔离外部干扰，维持工作过程的平稳性。 智能控制方案： 讲解如何运用自适应模糊逻辑控制器或神经网络反演控制器，主动抵消系统固有的振动模式，或补偿外部冲击。 实例分析： 阐述在某高精度测量平台中，如何通过智能算法实现高效的减振效果。 4. 微纳机电系统（MEMS/NEMS）中的智能驱动与调控 应用场景： 微泵、微阀、微驱动器、微纳米操作器等。 控制挑战： 极小的尺度带来的复杂动力学特性，非线性效应显著，参数变化对性能影响大。 智能控制方案： 介绍如何采用基于模型的预测控制或神经网络优化控制，实现对微观尺度下复杂动态过程的精确控制。 实例分析： 针对某一微纳操作器，分析智能控制在实现精密位移和力控方面的应用。 5. 航空航天与国防领域的智能控制应用 应用场景： 飞行器姿态控制、卫星姿态稳定、导航系统、光学遥感设备等。 控制挑战： 复杂的气动特性、外部环境变化、对极高可靠性和自主性的要求。 智能控制方案： 探讨如何利用模糊自适应控制和进化计算优化算法，设计出能够适应复杂工况和环境变化的控制器，以及实现自主故障诊断和规避。 实例分析： 以某型无人机或卫星的姿态控制为例，分析智能控制技术的融合应用。 第四部分：未来展望与挑战 人工智能与控制科学的深度融合： 探讨深度学习、强化学习等人工智能前沿技术在智能控制领域的最新进展和应用潜力。 面向复杂系统的多智能体协同控制： 展望在分布式、协同工作的光机电一体化系统中，多智能体协同控制的发展方向。 智能控制在物联网（IoT）与工业4.0中的角色： 分析智能控制如何赋能智能化工厂、智慧城市等宏大愿景。 理论研究与工程实践的结合： 强调未来智能控制研究需要更加关注实际工程中的挑战，并推动理论成果的转化。 伦理、安全与可解释性问题： 讨论在人工智能广泛应用的背景下，对智能控制系统带来的伦理、安全以及可解释性的考量。 三、 编写特色与亮点 理论深度与广度兼备： 既深入讲解了智能控制的核心理论，也涵盖了多种前沿控制技术，为读者打下坚实的理论基础。 紧密结合光机电一体化： 独特之处在于将智能控制技术与光机电一体化这一高度交叉的学科领域深度融合，解决了该领域特有的控制难题。 丰富的应用实例： 大量的、来自不同领域的应用实例，使得理论不再空洞，具有极强的实践指导意义，帮助读者理解“如何用”。 图文并茂，易于理解： 配备丰富的图表、流程图和数学模型，清晰地展示了控制原理和系统结构，便于读者理解和吸收。 语言严谨，逻辑清晰： 遵循学术著作的严谨风格，但力求语言通俗易懂，避免晦涩难懂的专业术语堆砌。 前瞻性与创新性： 关注智能控制领域的最新研究进展和未来发展趋势，为读者提供对行业发展的深刻洞察。 《智能控制工程及其应用实例》不仅是一部教科书，更是一本工程师的实用手册和研究者的灵感源泉。它将带领读者穿越智能控制的理论迷雾，抵达光机电一体化应用创新的前沿阵地，为推动相关领域的技术进步贡献一份力量。

评分☆☆☆☆☆

这本《智能控制工程及其应用实例/光机电一体化丛书》读下来，真是让人耳目一新，尤其是对于我这种在传统自动化领域摸爬滚打多年的工程师来说，简直像打开了新世界的大门。书中最让我印象深刻的是它对“智能”二字的深刻阐释，它并非空泛地谈论人工智能，而是紧密结合工程实践，详细剖析了如何将模糊逻辑、神经网络、遗传算法这些前沿技术融入到实际的控制系统中去。比如，书中对一个复杂伺服系统的自适应控制策略的描述，层次分明，从数学模型的建立到算法的选择与优化，再到最终的硬件实现，每一步都配有翔实的案例数据和仿真结果。尤其是关于传感器融合与决策制定的章节，它没有停留在理论层面，而是深入到具体的数据预处理和权重分配机制上，让人能清晰地看到智能算法是如何在光机电一体化这种高精度、高动态要求的场景下发挥作用的。作者似乎非常懂得一线工程师的需求，书中对算法的鲁棒性和实时性进行了深入的探讨，这对于实际工程应用至关重要，避免了许多纯理论书籍中“纸上谈兵”的弊端。整体来看，这本书的深度和广度都非常令人满意，是一本难得的兼具理论深度与工程实用价值的著作。

评分☆☆☆☆☆

老实说，市面上很多号称“应用实例”的书，最后的应用部分往往只是简单地套用了几个成熟的商业软件包的Demo，缺乏原创性和深入的剖析。但这本书的案例部分，绝对是货真价实的干货。它选取了几个典型的光机电一体化难题，比如高精度激光扫描的抖动抑制、微纳级别的定位系统反馈优化等。最让我印象深刻的是，作者没有把这些实例当成孤立的问题来解决，而是将其置于一个更广阔的系统工程背景下进行讨论。例如，在一个高速对焦系统中，他们不仅讨论了如何用智能算法快速收敛到焦点，更进一步探讨了系统整体的功耗优化和热稳定性问题，这些都是决定产品能否成功推向市场的关键因素。这种系统级的思维，使得书中的技术不再是孤立的“控制点子”，而是成为了一个完整产品解决方案的重要组成部分。此外，书中对不同控制算法（如基于模型的反设计与纯数据驱动学习）的适用性进行了客观的对比评价，这帮助读者可以根据自己项目的具体资源和约束条件做出最明智的技术选型。

评分☆☆☆☆☆

最近这几年，很多关于控制的书籍都偏向于软件定义，代码实现成了重点，但往往忽略了物理层面的限制和干扰。但这本《智能控制工程及其应用实例》的独特价值恰恰在于它对物理世界限制的深刻理解和尊重。它似乎在告诉我们，再聪明的算法，也得服从于物理定律和硬件特性。我特别欣赏它在“容错机制设计”上的论述。在实际的工业环境中，传感器漂移、执行器老化都是不可避免的，如何让智能系统在这种不确定性下保持稳定的输出，是衡量其工程价值的关键。书中详细介绍了几种基于不确定性量化和区间分析的控制方法，这些方法在处理机械磨损导致的系统参数变化时表现出了惊人的韧性。我甚至立即动手，参考书中的模型对一个旧的自动化生产线进行了评估和微调，效果立竿见影。这本书不仅仅是知识的传递，更是一种解决复杂工程问题的思维方式的培养，它鼓励工程师们去拥抱不确定性，并用更智能的工具去驾驭它，而不是试图用过于简化的模型去强行拟合一个复杂的现实世界。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我原本对这类“交叉学科”的书籍抱有一定保留态度，总觉得要么是控制理论说得太深奥，让人望而却步；要么是应用实例过于简单，无法体现出智能控制的真正威力。然而，这本书完全颠覆了我的看法。它的叙事风格非常流畅，像是经验丰富的老教授在给你做一对一的辅导。最让我眼前一亮的是它在“光机电”这个细分领域上的切入点。我们都知道，在精密光学仪器或高速运动平台上，传统PID控制往往力不从心，需要处理大量的非线性和时滞问题。这本书没有回避这些难题，反而将其作为核心论点展开。它用非常直观的方式解释了如何构建一个多模态的预测模型，并巧妙地结合了卡尔曼滤波的思想来优化状态估计，这在以往的教材中是很少见的。书中的插图和流程图设计得极具逻辑性，即便有些数学推导涉及到高等抽象代数，也能通过配套的图形化解释迅速抓住核心思想。读完后，我感觉自己对于如何设计一套能“自我学习”和“自我修正”的精密运动控制系统，有了一个非常坚实且可操作的框架认知。这种从宏观架构到微观实现的无缝衔接，实在高明。

评分☆☆☆☆☆

从排版和术语的规范性来看，这本书也体现了极高的专业水准。作为一名研究人员，我非常看重参考文献的质量和引用的准确性，这本书在这方面做得非常到位，很多关键概念的引入都有清晰的学术脉络可循。但最吸引我持续阅读下去的，还是它在“人机交互”层面上的思考。智能控制最终是要服务于人的，如何让操作员能够理解、信任并有效干预一个高度自动化的智能系统，是一个常常被忽视的工程挑战。书中专门用一章的篇幅讨论了如何设计直观的“解释性人工智能（XAI）”模块，用于向操作员展示系统做出特定控制决策的原因，比如“因为传感器A的数据显示存在0.5度的偏差，所以系统激活了B方向的补偿动作”。这种对透明度的追求，极大地增强了系统在实际操作中的可接受度和安全性。这本书超越了传统的技术手册范畴，成功地将前沿的控制理论、精密的工程实践与以人为本的设计理念融为一体，是非常值得每一位从事高端装备研发的工程师和研究人员仔细研读的精品之作。