企业级编程与控制理论

　　《企业级编程与控制理论》包含四个部分和一个附录。第Ⅰ部分“基础篇”讲述了为什么需要反馈控制，反馈系统和企业级编程的关系，系统的动态特性，控制器，识别输入输出信号灯。第Ⅱ部分“实践篇”回顾了理论，介绍了测量传递韩澍，PID控制调整，实现以及通用的反馈架构。第Ⅲ部分“案例研究篇”包含控制系统模拟、高速缓存命中率、广告推送、扩展服务器、队列控制、冷却风扇速度、控制游戏引擎的内存消耗等内容。第Ⅳ部分再次回到理论，帮助读者建立实践与理论的联系，掌握控制理论在企业级编程中的实际应用。 《企业级编程与控制理论》适合具有一定编程基础并关注性能提升的读者阅读。

　　作者简介菲利普·K. 雅内特（Philipp K.Janert）在德国出生长大。 他在1997年获得了华盛顿大学理论物理专业的博士学位，之后就一直从事技术行业方面的工作，其中包括在马逊公司工作了4年，在那里他发起并领导了几个项目，改善马逊的订单执行流程。 他写过两本有关数据分析的书籍，包括2010年在O’Reilly出版发行的畅销书《数据之魅：基于开源工具》（Data Analysis with Open Source Tools）。 他为CPAN做出了贡献，也是gnuplot项目的贡献者。译者简介方敏 方敏先生曾经在美国微软公司工作25年，退休前为资深软件架构师。他对许多微软产品和服务的技术开发和测试做出了重要贡献，包括Bing搜索、Cortana、中国创新项目、Windows、Windows 服务器、Exchange 服务器、SQL服务器、COM+服务、MSN和IT等。他具有20年的工程技术团队和项目的管理经验，熟悉软件敏捷开发和经典的软件管理，注重发挥团队的优势和创新，不断地追求用户满意程度，提高产品质量和效率。方敏先生是早期微软美国华人协会的创始人之一，该协会已有几千名会员。他长期热衷于华人协会的活动和帮助员工成长，是美国西雅图地区著名的职场发展专家。 赴美之前，他在中国航天部部直计算中心从事过微机开发工作。在北京清华大学获得电子工程学士和硕士学位，在美国新墨西哥州矿业技术学院获得计算机硕士学位。 方敏先生与清华大学出版社合作多年，他组织微软员工利用业余时间将多本英文软件技术书籍翻译成中文出版，包括《敏捷文化》《Windows 程序设计》《HTML5从入门到精通》《探索性软件测试》《Gamestorming》和《软件需求与可视化模型》等。方敏先生希望继续把国外有突出价值的科技管理书籍介绍给中国读者。朱嵘 朱嵘女士曾经在美国的英国航空电子系统公司（British Airspace Electronics Systems）担任飞行实时控制计算机的质量工程师，负责空客A320、空客A340、波音737和波音747等机型的关键质量分析和故障维修。出国前在中国航天部二院担任工程师，负责红七地对空导弹的通信系统的研制和开发。朱嵘女士在哈尔滨工业大学获得了无线电工程系信息工程专业的学士学位。曾经与方敏先生合作为清华大学出版社翻译出版了《软件需求与可视化模型》一书。

目录

第Ⅰ部分  基础篇

第1章  为什么需要反馈 3

实际的例子 4

希望最好的情况 5

建立控制 7

累加偏差 7

小结 8

模拟程序 9

第2章  反馈系统 13

系统和信号 14

跟踪误差和矫正行动 15

稳定性、性能和准确性 16

设定值 18

不确定性和变化 19

反馈和前馈 19

反馈和企业系统 20

模拟代码 20

第3章  系统动态特性 23

滞后和延迟 23

强制反应和自然反应 25

瞬时响应和稳态响应 25

物理世界和虚拟世界的动态特性 26

动态特性和记忆 27

反馈循环的滞后和延迟的重要性 28

避免延迟 29

理论和实践 30

模拟代码 30

第4章  控制器 33

方框图 34

开关控制 34

比例控制 35

为什么比例控制还不够 35

积分控制 36

积分控制改变动态特性 37

积分控制可以产生恒定的偏移量 37

微分控制 38

微分控制的问题 39

三项PID控制器 39

模拟代码 40

第5章  识别输入输出信号 41

控制的输入和输出 41

输入/输出关系的方向性 42

例子 43

热控制1：加热 43

高速缓存 45

服务器扩展 46

通过动态标价控制供需关系 48

热控制2：冷却 50

选择控制信号的标准 51

用于控制输入 51

用于控制输出 51

关于多维系统的注释 52

第6章  回顾和展望 55

反馈概念 55

迭代 55

过程知识 55

避免不稳定性 56

设定值 56

控制，不是最优化 56

第Ⅱ部分  实践篇

第7章  理论预习 59

频率表示 59

传递函数 59

方框图代数 60

PID控制器 60

传递函数的极点 61

过程模型 62

第8章  测量传递函数 63

静态输入/输出关系：过程特征 63

实际考虑 64

阶梯输入的动态反应：过程反应曲线 65

实践方面 66

过程模型 66

自我调节过程 67

累积过程 68

带有振荡的自我调节过程 70

非最小相位系统 71

系统识别的其他方法 72

第9章  PID 控制调整 73

调整的目的 73

控制器参数变化的一般影响 75

齐格勒·尼科尔斯调整方法 76

半分析调整方法 77

实践方面 78

仔细研究控制器调整公式 79

第10章  实现问题 81

执行器饱和与积分器暂停 81

防止积分器暂停 82

设定值变化和积分器预加载 82

平滑微分项影响 83

选择抽样间隔 83

PID控制器的替代形式 84

增量形式 85

误差反馈与输出反馈 85

通用线性数字控制器 86

非线性控制器 87

误差平方和间隙控制器 87

模拟浮点输出 88

分类输出 88

第11章  通用反馈架构 91

改变运行条件：增益调度 92

轻度非线性系统的增益调度 93

强干扰：前馈 93

快-慢动态特性：嵌套或“级联”控制 94

具有延迟的系统：史密斯预报器 95

第Ⅲ部分  案例研究篇

第12章  通过模拟探索控制系统 99

案例研究 99

建模时间 100

控制时间 101

模拟时间 101

模拟框架 102

组件 103

对象和系统 103

控制器 103

执行器和过滤器 105

标准循环的便利函数 106

产生图形输出 108

第13章  案例研究：高速缓存命中率 109

定义组件 109

制造缺陷引起的缓存失效 111

测量系统特性 112

控制器调整 114

模拟代码 116

第14章  案例研究：广告推送 121

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第15章  案例研究：扩展服务器 131

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第16章  案例研究：等待队列的控制 141

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第17章  案例研究：冷却风扇速度 149

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第18章  案例研究：控制游戏引擎内存消耗 157

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第19章  案例研究的总结 165

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第Ⅳ部分  理论篇

第20章  传递函数 171

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第21章  方框图代数和反馈公式 179

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第22章  PID 控制器 185

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第23章  极点和零点 189

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第24章  根轨迹技术 197

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第25章  频率响应和波特图 207

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第26章  本书主题拓展 215

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附    录

附录A  词汇表 223

附录B  用Gnuplot绘制图形 233

附录C  复数 237

附录D  深入阅读 241