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出版者:中国水利水电出版社

作者:

出品人:

页数:147

译者:

出版时间:1998-10

价格:12.30元

装帧:平装

isbn号码:9787801246073

丛书系列:

图书标签:

• 测量学
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现代控制理论基础：从经典到智能的跨越 （本简介描述的图书内容与《测量/高等学校教材》的测量学范畴无直接关联，专注于控制理论的前沿与核心概念。） 图书简介 本书旨在为工科背景的本科高年级学生和研究生提供一套系统、深入、且与时俱进的现代控制理论教材。我们不仅涵盖了经典控制理论的基石，更着力于构建通向非线性、鲁棒、自适应和智能控制等现代控制前沿领域的桥梁。全书结构紧凑，理论阐述严谨，并通过大量的工程实例和仿真分析，确保读者能够将抽象的数学模型与实际的工程应用紧密结合。 第一部分：线性系统的经典回顾与状态空间法的构建（第1章 - 第4章） 第1章：反馈控制系统的基本概念与历史回顾 本章首先追溯控制理论的发展脉络，从早期的PID控制到现代控制理论的兴起。我们将详细讨论系统的基本构成要素——传感器、执行器、控制器和被控对象。重点解析反馈控制（Negative Feedback）的核心优势，包括提高系统的精度、减小对模型不确定性的敏感性以及改善动态响应性能。本章通过分析一个典型的机电耦合系统（如伺服电机或热力过程）的初步建模，引入系统时域分析的必要性。 第2章：线性定常系统（LTI）的时域分析与性能指标 本章深入探讨一阶和二阶系统的时域响应特性。对于二阶系统，我们将系统地推导自然频率（$omega_n$）、阻尼比（$zeta$）与超调量（Overshoot）、调节时间（Settling Time）和峰值时间（Peak Time）之间的定量关系。我们将介绍标准输入信号（阶跃、脉冲、斜坡）对系统的响应分析方法，并详细讲解稳态误差（Steady-State Error）的计算，包括利用最终值定理和误差系数法。 第3章：线性系统的传递函数模型与框图代数 本章回归经典控制的核心工具——传递函数。详细介绍传递函数的物理意义、建立过程（拉普拉斯变换的应用），以及如何利用框图代数（信号流图、梅森增益公式）对复杂多回路系统进行简化。本章将大量篇幅用于系统结构分析，包括前馈控制、串联补偿、并联补偿以及反馈回路的解耦分析。 第4章：状态空间表示法：现代控制的基石 本章是全书的转折点，系统介绍现代控制理论的核心数学工具——状态空间法。我们详细阐述状态向量、状态方程和输出方程的定义，并讲解如何从物理模型（微分方程）精确地转换为标准形式（如约旦标准型或控制/观测标准型）。至关重要的是，本章会详细论述从传递函数到状态空间表示的相互转换方法，并引入系统的基本性质：能控性（Controllability）和能观测性（Observability）的数学判据（如卡尔曼秩判据），为后续的控制器和观测器设计奠定基础。 --- 第二部分：基于状态反馈的控制器设计（第5章 - 第7章） 第5章：线性系统稳定性分析：李雅普诺夫方法 本章超越了传统的劳斯-赫尔维茨判据的局限性，专注于现代控制中最强大的稳定性工具——李雅普诺夫稳定性理论。我们将首先介绍李雅普诺夫直接法（第二法）的理论基础，包括正定函数和对Lyapunov方程的应用。本章会用具体实例展示如何构造合适的二次型Lyapunov函数来判定LTI系统和部分非线性系统的稳定性，即使在无法直接求解解析解的情况下也能进行稳定性评估。 第6章：极点配置与状态反馈控制器设计 本章是状态反馈设计的核心。详细推导通过状态反馈 $u = -Kx + r$ 来任意配置系统闭环极点（Pole Placement）的原理。我们使用Ackermann公式和直接代入法，展示如何根据期望的动态性能（阻尼、频率）反向设计状态反馈增益矩阵 $K$。本章还将探讨状态反馈的局限性——无法直接获取所有状态变量，从而引出下一章对状态观测器的需求。 第7章：状态观测器设计：全阶和简化Luenberger观测器 为了解决无法直接测量所有状态的问题，本章详细介绍状态观测器的设计。重点讲解Luenberger观测器的构造原理，即通过引入一个与系统动态相似的“观测器”，利用测量输出 $y$ 来估计不可测状态 $hat{x}$。我们将推导观测器增益 $L$ 的设计方法，证明观测器极点可以独立于控制器极点进行配置（即观测器和控制器具有分离性原理），并分析全阶观测器和简化（最小阶）观测器的优缺点及其工程实现。 --- 第三部分：现代控制理论的前沿拓展（第8章 - 第10章） 第8章：最优控制理论：LQR（线性二次型调节器） 本章将最优控制思想引入闭环设计。首先定义二次型性能指标函数 $J$，该函数综合考虑了状态误差和控制输入的“代价”。随后，系统推导线性系统下的最优状态反馈控制器——LQR设计。我们将详细讲解代数黎卡提方程（ARE）的求解方法，以及LQR设计如何自动地在性能和控制努力之间取得平衡，并介绍LQG（线性二次高斯）控制器的基本框架，该框架结合了LQR和卡尔曼滤波。 第9章：鲁棒控制导论：H∞控制的初步认识 面对模型不确定性、外部扰动和传感器噪声，本章引入鲁棒控制的概念。我们将聚焦于经典的$H_infty$控制问题，解释$infty$-范数如何量化系统对不同频率扰动的敏感度。本章将介绍如何将系统设计转化为一个涉及加权函数和保性能的线性矩阵不等式（LMI）问题，为后续高级的鲁棒控制学习提供必要的背景知识，强调在不确定性下保证系统性能的必要性。 第10章：非线性系统的分析与初步控制策略 鉴于绝大多数实际系统本质上是非线性的，本章对非线性系统进行介绍。我们将讨论非线性系统的典型特征，如极限环、跳跃现象。重点介绍线性化方法（泰勒级数展开），以及在平衡点附近的线性近似分析。此外，本章将初步介绍两种核心的非线性控制技术：反馈线性化（Feedback Linearization）的基本思想，以及滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）的驱动原理，旨在展示超越线性系统的控制能力。 --- 本书特色： 1. 理论深度与工程实践的平衡： 每一章的理论推导后都紧跟MATLAB/Simulink的仿真案例，帮助读者直观理解复杂控制结构的动态行为。 2. 强调数学严谨性： 对状态空间、能控性/能观测性、以及李雅普诺夫理论的阐述，均遵循严格的数学定义和定理证明。 3. 面向未来： 引入了LQR和$H_infty$控制的入门知识，使读者为接触现代控制研究领域做好准备。 本书适合作为高等院校控制工程、自动化、电子信息工程、航空航天工程等专业的专业核心课程教材，也可供从事系统工程、机器人与智能装备研发的工程师作为参考和进阶学习资料。

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说实话，刚拿到手的时候，我对它抱持着一种既期待又忐忑的心情。毕竟，这个领域的教材，很多时候要么过于理论化，让人望而生畏，要么过于应用化，基础不牢固。然而，这本书却找到了一个近乎完美的平衡点。它的叙述语言非常接地气，即便是初次接触这些概念的人，也能顺畅地跟上作者的思路。我最欣赏的一点是它对“不确定性”的处理方式。很多教材会刻意淡化误差和局限性，但这本书却坦诚地将这些内容放在了非常突出的位置，强调了任何测量都不是绝对精确的，这对于培养我们科学的、实事求是的态度至关重要。我记得有一次我在做课后练习时遇到了一个棘手的问题，反复研究了许久不得其解，最后在书中某一处不起眼的注释中找到了关键的提示，那种豁然开朗的感觉，至今记忆犹新。这本书的结构设计也非常人性化，目录清晰到可以作为学习路线图来使用，你永远知道自己现在处于哪个知识板块，以及下一步该往哪里走。它不仅仅是知识的载体，更是一种思维方法的塑造者，教会你如何去“看”世界，如何用更精确的眼光去审视日常生活中的现象。

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阅读这本书的过程，对我来说，更像是一次与行业前辈的深度对话。作者的笔触中透露着一种对真理的敬畏和对教学的热忱。我尤其欣赏它对历史沿革的穿插叙述。它没有把技术知识变成一堆孤立的公式，而是将它们置于人类认知发展的历史长河中进行考察。比如，当我们了解到某个经典测量方法的诞生背景和它所处的时代局限性时，我们对现代高精度方法的理解就会更加深刻和立体。这种历史的厚重感，让枯燥的理论知识焕发出了鲜活的生命力。而且，书中对于一些概念的定义，做到了极其严谨和精确，每一个术语的使用都经过了深思熟虑，这在学术写作中是至关重要的。在我撰写自己的研究报告时，我经常会回翻这本书，去核对关键定义和公式推导的严谨性，它就像是一座稳固的学术基石，为我的后续学习和研究提供了坚实可靠的支撑。这本书的价值，在于它不仅教会了你“如何做”，更教会了你“为什么这么做”，这种深层次的理解是任何速成教程都无法比拟的。

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如果用一个词来形容这本书的阅读体验，那便是“渐入佳境”。初读时，可能会觉得内容信息密度较大，需要放慢速度，仔细咀嚼每一个段落。但随着阅读的深入，你会发现作者设置的每一个知识点都是环环相扣的，前一章的基础为后一章的深入分析铺平了道路，这种结构上的严谨性让人不禁赞叹作者的匠心独运。我个人非常喜欢它在一些关键理论推导后附带的“应用场景拓展”，这些拓展往往不是教科书式的简单应用，而是结合了当前工业界或科研领域的热点问题，极大地拓宽了我的视野，让我清晰地看到了这些理论知识在现实世界中发挥的巨大作用。这本书的插图质量也是一流的，无论是示意图还是原理图，都清晰锐利，标注准确无误，极大地辅助了对空间结构和复杂流程的理解。它不仅仅是一本供考试通过的书，更是一本值得放在案头，时常翻阅，每一次重温都能获得新感悟的宝典。它提供的知识体系是全面的、系统的，足以支撑起一个专业学习者未来多年的发展需求。

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这本书的封面设计就让人眼前一亮，那种简洁又不失深邃的风格，仿佛预示着内容的严谨与前沿。我记得当初在书架上看到它时，被它厚重的质感和精致的排版所吸引。翻开扉页，首先映入眼帘的是清晰的字体和逻辑分明的章节结构，这对于我们这种需要扎实基础的学习者来说，简直是福音。它不像有些教材那样堆砌晦涩难懂的公式，而是通过大量的实例和图表，将复杂的概念层层剥开，让你在不知不觉中领悟其中的精髓。尤其是对一些经典实验的描述，详尽到连我这个初学者都能自行复现的程度。作者在选材上的独到眼光也值得称赞，不仅涵盖了传统的核心知识点，还巧妙地融入了最新的技术发展趋势，让这本书的“保质期”大大延长。每一次阅读，都像是在攀登一座知识的高峰，虽然过程需要专注和耐心，但登顶后的视野豁然开朗，那种成就感是难以言喻的。我特别喜欢它在章节末尾设置的“思考题”，它们往往不是简单的重复记忆，而是引导我们去探究更深层次的原理和应用场景，极大地激发了我的批判性思维。这本书不仅仅是一本工具书，更像是一位循循善诱的良师益友，陪伴我走过了学习旅程中最关键的时期。

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这本书的编排，简直可以称得上是一场精心策划的知识交响乐。从宏观的理论基础到微观的具体操作步骤，每一步的衔接都如同乐章的流畅过渡，丝毫没有生涩或断裂感。特别是那些涉及到复杂仪器的章节，作者似乎能感同身受读者在实际操作中可能遇到的每一个困惑点，提前给出详尽的排除故障指南。我记得有一次我们实验室的某个设备数据总是不稳定，翻阅了大量的参考资料都无果，最后还是在这本书的附录中找到了一个关于特定环境温度对该设备影响的详细分析，这个问题迎刃而解。这说明作者的知识储备深度远超一般教材的编写者，他似乎拥有丰富的实践经验，并将这些“独家秘笈”毫无保留地倾囊相授。此外，书中对不同流派测量方法的对比分析也极其到位，它没有武断地宣称哪种方法最好，而是客观地列出各自的优缺点和适用范围，这培养了我们根据具体情况选择最优方案的能力，而不是盲目照搬。总而言之，这是一本可以让你从“知道”跃升到“精通”的教科书，它给予的不仅仅是知识，更是一种解决实际问题的综合能力。

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