啃透最难的理论，掌握最硬的实力：给硬件工程师的《自动控制原理》破局指南_非线性_航空_航天_汽车_理论_电机_机器人

啃透最难的理论，掌握最硬的实力：给硬件工程师的《自动控制原理》破局指南

今天给大家分享一本硬核技术书籍——《自动控制原理（第五版）》。说实话，这本书确实有难度，建议从事自动化控制相关行业的同学下载学习。如果是其他行业的朋友，可能不太适合，因为书中涉及大量专业理论和数学推导，没有基础的话确实会看得一头雾水。

什么是自动控制？

简单说，自动控制就是让机器、设备或整个系统，在没有人实时操控的情况下，能够自己按照我们预设的要求正常工作。这就好比给机器装了个智能大脑，让它学会自我管理和调节。

自动控制原理都用在哪？

可能你会觉得自动控制是工程师在实验室里研究的高深技术，离日常生活很遥远。但其实，它已经渗透到我们生活的方方面面。下面我就从几个常见场景给大家介绍一下：

1、智能家居产品

温度自动控制：比如空调、冰箱、热水器，你设定好温度后，它们内部的传感器就会实时监测当前温度，控制器会自动比较："当前温度比设定值高了，该启动压缩机降温了！"整个过程完全自动运行，让咱们始终处在舒适的环境中。
自动化家务：全自动洗衣机你只需要按一下启动键，它就能自动完成进水、洗涤、排水、脱水全套流程。还有扫地机器人，它能自动规划路线、避开障碍，没电了还会自己跑回去充电。这些都是基于自动控制原理实现的。
汽车定速巡航：在高速上开车，打开定速巡航，设定一个速度，车子就会自动保持这个速度前进，不用你一直踩着油门。上坡时它自己会加大油门，下坡时收油，这就是一个精密的自动控制系统在发挥作用。

2、国防军工产品

这个领域对自动控制技术的要求最高，也最关键：

导弹制导系统：这是自动控制技术的极致体现。从目标识别、弹道计算到精准拦截，整个过程都需要在极短时间内自主完成。
航空航天：无论是无人机的自主飞行与作战，还是卫星的精准入轨与回收，都离不开高精度的自动控制系统。

3、新兴领域类产品

近年来，自动控制技术的应用范围还在不断扩大：

机器人技术：工厂里的机械臂，能够跑跳、后空翻的仿生机器人，它们的每一个动作都是通过众多伺服电机和传感器，在控制算法的精确指挥下协同完成的。

可以说，自动控制技术已经成为现代生活中不可或缺的重要组成部分。

《自动控制原理（第五版）》简介

如果你想要系统学习自动控制的理论和方法，胡寿松教授编著的这本书确实值得一读。它被多所高校自动化专业选为指定教材，也是考研的重要参考书。全书内容全面，结构清晰，循序渐进，理论体系完整。

第一块是基础，叫经典控制。

它的思路很简单：我把一个指令输进去，看机器的反应怎么样。

核心是看三点：稳不稳（会不会乱抖或者失控）、快不快（反应及不及时）、准不准（最后能不能正好停在目标上）。
为此，我们主要学三样工具：看时间反应（时域分析）、看频率特性（频域分析）、看图调参数（根轨迹法）。
如果发现机器性能不行，就给它打补丁，也就是加个校正装置（比如常见的PID控制器），把它改好。
这部分还把同样的思路，扩展到了用计算机控制的离散系统，以及处理一些常见非线性问题的方法。

第二块是进阶，叫现代控制。

当系统很复杂，有多个部分互相影响时（比如同时控制飞机的速度、高度和姿态），经典方法就不够用了。

它的思路变了：不再是只看输入输出，而是深入系统内部，用一组叫状态变量的东西，来完整描述它的动态。
它首要关心两个根本问题：你发出的指令，能不能真正控制到所有内部状态（可控性）；以及你看到的外部输出，能不能反映出所有的内部状态（可观测性）。这是进行有效控制的前提。
解决了这两个问题，就能设计出更高级的控制器，甚至让系统在省能量、省时间等特定指标上达到最优。

来源：硬件笔记本

BGA引脚太密，布线布到头疼？这个PCB技能有可能帮到你

大家都知道，咱们常见的智能手机很薄，功能却很多，性能也越来越强大。里面的电路板只有一少部分，大部分空间都被电池给占据了。咱们以iPhone6SPlus为例，这是拆盖后的图片。这是板子正面图片，主要IC包括：LDDR4，调试解调IC，功率放大器模块，包络追踪IC，还有一个可能是6轴陀螺仪和加速度计的组合。这是板子背面图片，主要IC包括：NAND 闪存，Wi-Fi模块，NFC控制器，电源管理IC，音频IC和功率放大器模块。甭管是智能手机、汽车里的各种电子设备，还是搞AI的硬件，信号跑得飞快，线路挤得满满当当。这对咱们PCB工程师是个大考验，对生产这些电路板的工厂，要求更是严苛。今天就跟大家聊聊针对这种高密度板子，PCB省空间的一个法子——盲埋孔。01盲埋孔简介咱们平时自己捣鼓或者做的大部分项目里，最常用的其实是通孔。通孔最好理解，简单说就像一根钉子从板子的正面，一锤子砸穿到背面。板子层数不多（比如六层以内），或者项目预算紧巴巴的时候，用它准没错。那盲孔和埋孔啥时候上场呢？主要就是板子上实在没地方了，线路又复杂得要命，通孔一打下去，背面的走线全给堵死了，这时候就得请它们出马。目前大部分的便携式产品中，0.65mm 间距以下的BGA封装，都使用了盲埋孔的设计工艺。盲孔：你可以把它想象成半截子的孔。比如，我只想从板子正面连到下面的第二层，那我就只从正面往下打孔，打到第二层就停，绝不捅穿到背面去。这样一来，背面那块地方就干干净净，可以走别的线。一个两个省不了多少地儿，但像手机主板上那种成千上万个连接点，用上盲孔，省出来的面积可就非常可观了。埋孔：顾名思义就是孔完全埋在板子内部。它只管内层第二层和第三层怎么连，或者第三层和第四层怎么通，跟板子的顶层和底层都没关系，从外面根本看不出来。它和盲孔一样，都是为了让多层板里面的线路走得更顺、更密，把最金贵的表层空间给腾出来。用上埋孔，能减少信号受干扰的可能，保持传输线特性阻抗的连续性，还能节省走线空间，所以特别适合高密度、高速的电路板设计。02HDI板简介说到这儿，就不得不提到HDI板了。这名儿听着高大上，其实就是用上面所说的盲孔、埋孔工艺。它的核心就两样：微孔和细线。注意啊，有埋孔的不一定是HDI（老式机械钻孔也能做埋孔），但HDI板里的埋孔，肯定是激光钻的微孔。咱们在嘉立创官网上可以看到，这里还有一阶、二阶这个词。这说的不是板子有几层，而是制造过程有多麻烦，得经历几次激光钻孔和压合的循环。次数越多，阶数越高，能做的线路结构就越复杂，当然，做起来越难，成本也蹭蹭往上涨。咱们拿六层板来举个详细的例子：一阶：一阶板就是先钻通L2-L5，再压上第1和6层外层铜箔，接着用激光钻出表层到次外层的盲孔（L1-L2和L6-L5）。整个过程只有一次压合和一次激光钻孔，因此称为一阶。二阶：在制作二阶板时，先钻通L3-L4埋孔，再压合形成L2-L5中间板，第一次激光钻孔L2-L3和L4-L5盲孔，然后第二次压合L1和L6，第二次激光钻孔完成L1-L2和L5-L6盲孔，最后钻通孔连接所有层。‌整个过程需两次压合和两次激光钻孔，因此称为二阶。既然HDI盲埋孔这么好，为啥不是所有板子都用？最实在的原因就一个字：贵！以前，一个盲孔的成本比通孔能贵出50%甚至更多，埋孔就更别提了，翻个两三倍都是常事。而且生产周期还长。所以对于很多对电路板大小要求没那么苛刻的产品来说，稍微把板子尺寸做大一圈，可比用盲埋孔省钱多了，这是大实话。但是，情况现在不一样了。以前这技术贵，工艺复杂，量小价高。现在，像咱们经常打样的嘉立创这样的大厂也可以做HDI盲埋孔板子，一下子就把门槛拉低了。03嘉立创盲埋孔简介嘉立创搞的HDI盲埋孔板，对咱们普通工程师和各企业来说，更加方便：1、能力够用，覆盖广：它支持从一阶到二阶的HDI工艺，能做到最小3mil的线和间距，最小3mil的激光孔，板子最高能做到32层。这意味着市面上绝大多数的高密度设计需求，它都能接得住，不用再为找一家能做的厂而发愁。2、交期快了一半：传统做HDI板，等上一两个月不稀奇。嘉立创利用自己的流程优势，把交期压缩到了行业平均水平的一半左右，这对产品研发赶进度太重要了。3、价格实在多了：通过规模化、自动化的生产和数字化的管理，它把HDI板的制造成本给打了下来。虽然肯定还是比普通通孔板贵，但已经从用不起变成了可以权衡考虑。对于想提升产品竞争力、做小型化的人来说，多了一个非常可行的选择。4、板材可靠，不玩虚的：用的都是像生益S1000-2M这种行业内公认的高品质板材，电气性能、耐热性都很好，做车规级、工业级的板子也更有底气。5、操作省心：直接在它家网站上传文件、选参数、看报价、下单，生产进度网上随时可查。比起以前动不动就要发邮件、打电话去跟工厂反复确认，效率高太多了。我们可以把HDI盲埋孔理解成一个高级工具。以前这工具又贵又难买，现在嘉立创这样的厂家把它做成了价格合理、交货快的标准件。这让我们这些搞设计的人，在遇到难题时，手里多了一个靠谱的、能用得起的解决方案。下次画板子被逼到墙角时，不妨去嘉立创的页面上算个价看看，说不定就有惊喜。来源：硬件笔记本