非线性系统的鲁棒控制及应用

非线性系统的鲁棒控制及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:机械工业出版社
作者:吴忠强
出品人:
页数:264
译者:
出版时间:2005-1
价格:26.00元
装帧:平装(无盘)
isbn号码:9787111156413
丛书系列:
图书标签:
  • 控制
  • 非线性系统
  • 鲁棒控制
  • 控制系统
  • 稳定性
  • 反馈控制
  • 动态系统
  • 工程应用
  • 自动控制
  • 数学建模
  • 系统分析
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具体描述

本书是关于非线性系统模糊鲁棒控制方面的一部专著。全书共分9章。第1章为绪论。第2章为预备知识。第3章研究了非线性系统稳定模糊控制器设计问题。第4章研究了非线性系统的两种变结构控制方案。第5章研究了非线性系统基于T-S模型的鲁棒控制问题。第6章研究了非线性系统自适应鲁棒稳定控制与跟踪控制问题。第7章研究了基于T-S模型的混沌系统控制、同步及保密通信问题。第8章研究了非线性时滞系统的稳定模糊控制问题。第9章介绍了模糊动态模型在实际系统中的应用。

本书适合控制等相关专业研究生和高年级本科生作为参考书,也可供有关专业的科技人员参考。

《精准导航:现代控制理论在动态系统中的优化应用》 本书深度剖析了现代控制理论的核心概念及其在复杂动态系统中的广泛应用。聚焦于如何构建能够有效应对不确定性和外部扰动的控制策略,本书为工程师和研究人员提供了严谨的理论框架和实用的解决方案。 理论基石与方法论: 本书从最基础的系统建模入手,详细阐述了如何精确地描述和分析各种动态系统。我们将探讨线性时不变(LTI)系统的基本性质,包括稳定性、可控性和可观性,并介绍描述系统行为的关键数学工具,如传递函数、状态空间表示以及根轨迹法。在此基础上,本书将深入讲解几种关键的控制设计方法: PID控制: 作为工业界应用最广泛的控制器,我们将详细解析PID(比例-积分-微分)控制器的原理、参数整定方法(如Ziegler-Nichols法、手动整定法)以及其在克服系统误差、提高响应速度方面的作用。此外,还将讨论PID控制器的改进,如增量式PID、分布式PID等,以适应更复杂的工业场景。 状态反馈控制: 本章将介绍利用系统状态信息来设计控制器,包括极点配置技术。我们将详细讲解如何根据期望的系统性能(如响应速度、阻尼比)来设计状态反馈增益矩阵,从而达到“命令控制”系统的动态响应。同时,还会讨论状态观测器的设计,当系统状态无法直接测量时,如何通过观测器来估计系统状态,并将其应用于控制器设计。 现代控制理论的深化: 除了PID和状态反馈,本书还将涵盖更先进的控制理论,如最小方差控制、模型预测控制(MPC)等。MPC作为一种前瞻性的控制策略,能够显式考虑系统的约束条件和未来的预测信息,在处理具有复杂动态和严格约束的工业过程(如化工、航空航天)中展现出卓越的性能。我们将介绍MPC的基本原理、滚动优化思想以及常见的MPC算法,并探讨其在实际系统中的实现细节。 应对不确定性的策略: 现代工程系统普遍面临各种形式的不确定性,包括模型参数的偏差、外部环境的干扰以及传感器噪声等。本书的核心内容之一便是如何设计能够有效抵抗这些不确定性的“鲁棒”控制器。 鲁棒性分析: 我们将首先介绍衡量系统鲁棒性的各种指标,如增益裕度、相裕度以及$mathcal{H}_infty$范数。通过对这些指标的分析,我们可以量化系统在面对不确定性时的性能表现。 鲁棒控制设计技术: $mathcal{H}_infty$控制: 作为一种经典的鲁棒控制方法,$mathcal{H}_infty$控制旨在最小化系统输出对输入扰动的“最坏情况”增益。本书将详细介绍$mathcal{H}_infty$控制的设计流程,包括如何将问题转化为求解线性矩阵不等式(LMI),以及如何通过优化技术找到最优的鲁棒控制器。 $mu$分析与合成: 针对模型不确定性,$mu$分析提供了一种更精确的鲁棒性评估工具,而$mu$合成则是一种强大的鲁棒控制器设计方法。我们将深入探讨$mu$图的含义以及基于$mu$合成的控制器设计步骤,重点在于如何处理结构化不确定性,以获得性能更优的鲁棒控制器。 自适应控制: 当系统参数随时间变化或未知时,自适应控制策略能够实时调整控制器参数以适应系统动态的变化。本书将介绍几种典型的自适应控制方法,如梯度下降法、Lyapunov稳定性理论在自适应控制中的应用,以及基于模型参考自适应控制(MRAC)和自调整增益(STR)的控制器设计。 滑模控制: 滑模控制以其对模型不确定性和外部扰动的强抑制能力而闻名。本书将详细介绍滑模控制的基本原理,包括滑模面的设计、切换律的构建以及如何克服“抖振”现象。我们将展示滑模控制在处理非线性、时变系统时的强大优势。 应用领域与实例分析: 理论的价值最终体现在实际应用中。本书精选了多个典型领域的控制问题,并通过详细的案例分析,展示了上述控制理论的强大威力。 航空航天: 在飞机、导弹等飞行器的姿态控制、导航和制导系统中,需要应对空气动力学参数变化、风扰等不确定性。我们将分析如何应用鲁棒控制技术来保证飞行器的稳定性和精确性。 机器人: 机器人末端执行器的轨迹跟踪、关节力控制等问题,通常涉及高阶非线性动态和外部负载变化。我们将探讨如何利用状态反馈、自适应控制或滑模控制来提升机器人的运动精度和鲁棒性。 过程控制: 化工、电力等过程控制领域,系统往往具有强耦合、大滞后和非线性等特点。我们将展示模型预测控制和鲁棒控制在优化生产效率、保证产品质量和提高系统稳定性方面的应用。 汽车工程: 车辆的巡航控制、防抱死制动系统(ABS)以及电子稳定程序(ESP)等,都依赖于高效的控制策略来确保行车安全和舒适性。我们将讨论如何应用现代控制理论来设计更智能、更鲁棒的汽车控制系统。 电力系统: 调频调压、新能源接入等问题是电力系统面临的重要挑战。本书将介绍如何运用鲁棒控制和自适应控制来提高电力系统的稳定性和可靠性。 本书特色: 理论与实践并重: 每一章在介绍核心理论的同时,都紧密结合实际的工程问题,通过清晰的数学推导和直观的图示,帮助读者理解理论的内在逻辑。 算法与仿真结合: 本书大量引用成熟的仿真软件(如MATLAB/Simulink)和代码示例,让读者能够亲手实现和验证各种控制算法,从而加深理解并掌握实际操作技能。 前沿性与系统性: 涵盖了从经典控制到现代控制,再到先进鲁棒控制方法的完整体系,并对前沿研究方向进行了适当介绍,为读者提供一个系统性的学习路径。 通过本书的学习,读者将能够深刻理解现代控制理论的精髓,掌握设计高性能、高鲁棒性控制器的关键技术,并能够将其有效应用于各种复杂的工程实践中,为解决实际问题提供强有力的工具和方法。

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目录信息

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作为一名航空工程师,我对飞机在复杂飞行环境下的稳定性和机动性控制有着持续的关注。尤其是在大气湍流、发动机性能变化以及气动参数不确定性等因素的影响下,如何设计出能够保证飞机安全高效飞行的鲁棒控制系统,是航空领域的核心挑战之一。这本《非线性系统的鲁棒控制及应用》为我提供了深入研究这一课题的理论基础和实践指导。书中对非线性系统鲁棒控制的详尽阐述,特别是对飞行控制系统中常用的反馈线性化、自适应鲁棒控制以及区间不确定性下的鲁棒控制器设计方法,让我受益匪浅。我特别关注了书中关于如何利用模糊逻辑来处理模糊的飞行指令和环境信息,以及如何设计能够应对突发故障的冗余控制系统。在对一架先进战斗机的飞行控制系统进行仿真研究时,我尝试应用了书中介绍的基于自适应滑模控制的飞行姿态稳定系统。该系统能够实时补偿发动机推力和气动参数的变化,并且能够有效地抑制大气湍流对飞机姿态的影响,保证了飞机在各种飞行状态下的稳定性和操纵性。仿真结果显示,该系统在面对模型参数不确定性和外部扰动时,能够保持较低的姿态误差,并且响应迅速。这本书的价值在于,它不仅仅是控制理论的介绍,更是将这些理论与航空工程的实际应用紧密结合,为我提供了解决复杂飞行控制难题的有力工具和指导,极大地提升了我对复杂系统控制的理解和能力。

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在工业机器人领域,多关节机械臂的精确运动控制一直是一个重要的研究方向。作为一名机器人工程师,我深知机械臂在执行复杂任务时,会受到自身结构非线性、关节摩擦、外力干扰以及模型参数不确定性等多重因素的影响。如何设计出一种能够有效抑制这些不确定性、保证机械臂高精度运动的控制系统,是提高机器人性能和应用范围的关键。这本《非线性系统的鲁棒控制及应用》恰恰为我提供了系统性的理论指导和实践方法。书中对各种非线性鲁棒控制技术,例如滑模控制、反馈线性化、以及基于神经网络的自适应控制等,都进行了深入的剖析和推导,并重点阐述了它们在机器人控制中的应用。我尤其对书中关于如何利用视觉反馈和力反馈来增强机器人的鲁棒性,以及如何设计能够补偿未建模动态的控制器部分产生了浓厚的兴趣。在一次关于机器人末端执行器精确轨迹跟踪的仿真实验中,我应用了书中介绍的基于自适应滑模控制的策略,该策略能够实时辨识并补偿关节摩擦和模型参数的不确定性,并且能够对外部引入的干扰力进行有效的抑制。仿真结果表明,该控制器能够使机械臂在复杂轨迹上的跟踪误差保持在一个非常小的范围内,同时展现出了良好的鲁棒性。这本书的价值在于,它不仅提供了先进的理论知识,更重要的是,它通过丰富的案例研究,展示了这些理论在实际机器人控制工程中的应用潜力,为我解决复杂机器人控制难题提供了强有力的支持。

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一本专注于非线性系统鲁棒控制的著作,对于我这样一名在自动化领域摸爬滚打多年的工程师来说,无疑是一份宝贵的财富。近年来,随着工业控制系统复杂性的不断提升,以及外界环境日益严峻的不确定性,对系统鲁棒性的要求也越来越高。传统的线性控制理论在面对高度非线性和动态变化的系统时,往往显得力不从心。因此,如何设计出能够有效应对模型不确定性、外部扰动以及系统内部故障的控制策略,成为了摆在我们面前的巨大挑战。这本书的出现,恰好填补了这一领域的空白,为我提供了系统深入学习和理解非线性鲁棒控制理论的绝佳机会。作者在书中对各种鲁棒控制方法的原理、推导过程以及在不同非线性系统中的应用进行了详尽的阐述,尤其是在滑模控制、自适应控制、模糊逻辑控制等方面,都进行了深入的剖析。我特别欣赏书中对数学理论的严谨推导,以及对控制算法的清晰讲解,这使得我能够不仅知其然,更能知其所以然。此外,书中还提供了大量的案例研究,涵盖了航空航天、机器人、电力系统等多个重要领域,这为我提供了宝贵的实践参考,也让我看到了理论知识转化为实际应用的可能性。通过阅读这本书,我不仅巩固了已有的控制理论基础,更重要的是,我拓宽了对非线性系统鲁棒控制的理解视野,为解决我在实际工程项目中遇到的复杂控制问题提供了新的思路和方法。这本书无疑是我近期阅读过的最具有启发性和实践价值的技术书籍之一,我强烈推荐给所有从事非线性系统控制研究和工程实践的同行们。

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最近有幸接触到这本关于非线性系统鲁棒控制的书籍,其内容之详实、视角之广阔,令我印象深刻。作为一名致力于复杂机械系统建模与控制的研究者,我长期以来都在探索如何在高精度建模的基础上,设计出能够抵御各种不确定性和干扰的控制系统。这本书恰恰提供了一个非常全面且深入的视角。作者在开篇就对非线性系统的固有特性及其鲁棒控制的必要性进行了清晰的阐述,这为后续内容的展开奠定了坚实的基础。书中对于各种鲁棒控制方法,如反步法、反馈线性化、李雅普诺夫函数法等,都进行了详细的介绍和推导,并特别强调了它们在非线性系统中的适用性和局限性。我特别关注了书中关于模型不确定性的处理方法,以及如何利用这些方法来设计能够容忍参数变化和结构扰动的控制器。例如,在对高精度机器人进行路径规划与控制的实验中,模型的微小误差和外部环境的变化常常导致控制性能的显著下降。这本书中提出的基于区间不确定性或集不确定性的鲁棒控制器设计方法,为我提供了一种有效的解决方案。通过对书中案例的深入研究,我不仅学习到了如何构建鲁棒控制器,更重要的是,我开始思考如何将这些理论知识与实际的硬件实现相结合,以期在实际应用中获得更好的控制效果。这本书的价值在于,它不仅仅是理论的堆砌,更是理论与实践相结合的典范,为科研工作者提供了宝贵的理论支撑和实践指导,帮助我们能够更有效地应对复杂非线性系统的控制挑战。

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作为一名在生物医学工程领域工作的研究人员,我一直对如何利用控制理论来优化生理系统的功能和治疗疾病充满热情。例如,在胰岛素泵的智能控制、药物递送系统的精准调控以及康复机器人的人机交互等方面,都涉及复杂的非线性动力学和不确定性。这本《非线性系统的鲁棒控制及应用》为我提供了一个全新的视角来理解和解决这些问题。书中关于非线性系统鲁棒控制的理论基础,尤其是对反馈线性化、自适应控制以及基于Lyapunov稳定性理论的控制器设计方法的深入讲解,让我受益匪浅。我特别关注了书中关于如何利用生理信号作为反馈信息来设计能够适应个体差异和疾病状态变化的自适应鲁棒控制器。在对模拟的糖尿病患者血糖调控系统进行仿真研究时,我尝试应用了书中介绍的基于模型参考自适应控制(MRAC)的胰岛素递送策略。该策略能够根据患者实时的血糖数据和生理参数,动态地调整胰岛素的剂量和释放模式,从而实现对血糖的精确稳定控制,避免了低血糖或高血糖的发生。仿真结果显示,该策略在应对进食、运动等引起的血糖波动方面表现出色,能够有效地维持血糖在一个安全的范围内。这本书的价值在于,它不仅仅是控制理论的介绍,更是将这些理论与生物医学工程的实际问题紧密结合,为我提供了解决复杂生理系统控制难题的有力工具和指导。

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作为一名在电力电子领域工作的工程师,我经常需要处理DC-DC变换器、逆变器等电力电子设备的设计与控制问题。这些系统在实际工作中,往往面临着输入电压不稳定、负载变化以及器件参数漂移等诸多不确定性因素,同时其内部的功率器件和电路拓扑也决定了其固有的非线性特性。因此,设计出具有良好鲁棒性和稳定性的控制器,对于保证电力电子设备的高效可靠运行至关重要。这本《非线性系统的鲁棒控制及应用》为我提供了极大的帮助。书中对非线性系统鲁棒控制理论的系统性阐述,以及对各种控制方法的深入剖析,尤其是在电力电子领域中的具体应用,让我受益匪浅。我特别感兴趣的是书中关于非线性系统无源性理论在鲁棒控制设计中的应用,以及如何利用无源性原理来保证电力电子系统的稳定性。在对一个PWM-VSC(脉冲宽度调制电压源换流器)进行控制系统设计时,我遇到了输入电压波动导致输出电压不稳定的问题。我借鉴了书中关于LMI(线性矩阵不等式)方法来设计H∞控制器,并通过仿真验证了该控制器在应对输入电压变化和外部负载扰动时的优越性能,输出电压的纹波得到了显著的减小,并且能够快速稳定地响应负载的突然变化。这本书不仅仅是一本理论书籍,更是一本能够指导我解决实际工程问题的实践指南,其详实的数学推导和丰富的工程案例,为我在电力电子控制领域的研究和工作提供了坚实的基础和方向。

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在我对控制理论的学习过程中,总会遇到一些理论性很强但缺乏实际应用指导的书籍,幸运的是,这本《非线性系统的鲁棒控制及应用》绝不是其中之一。作为一名在航空发动机领域从事控制系统设计的工程师,我深知发动机在工作过程中面临着极其复杂的非线性动力学特性,以及各种不可预测的外部扰动,如进气道马赫数变化、燃油流量波动、甚至环境温度的骤变。对这些因素的有效抑制,对于保证发动机的安全稳定运行至关重要。这本书的出现,无疑为我提供了一个系统学习如何设计鲁棒控制器的平台。作者对各种鲁棒控制策略,例如H∞控制、滑模控制、模糊鲁棒控制等,都进行了深入的分析,并且着重阐述了它们在应对参数不确定性和外部扰动方面的优势。书中关于李雅普诺夫稳定性理论在鲁棒控制设计中的应用,以及如何通过构造适当的李雅普诺夫函数来保证系统的鲁棒稳定性,是我学习的重点。在一次关于发动机推力控制的仿真实验中,我尝试应用了书中介绍的滑模变结构控制方法,并在仿真模型中引入了模拟的参数摄动和干扰信号,结果表明,该方法能够有效地抑制这些不确定性因素对系统性能的影响,保持推力的稳定性和响应的快速性。这本书不仅提升了我理论知识的深度,更重要的是,它赋予了我解决实际工程难题的信心和方法,让我能够更有针对性地去设计和优化发动机的控制系统。

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在风力发电系统领域,如何在大规模风电场中实现高效、稳定的能量输出,是一个充满挑战的问题。作为一名风电工程师,我深知风力发电机组的运行具有显著的非线性动力学特性,并且其性能会受到风速变化、涡流效应以及电网扰动等多种不确定因素的影响。因此,设计出能够有效应对这些不确定性、保证风电场平稳运行和最大化能量输出的鲁棒控制系统,是提高风电利用率和电网稳定性的关键。这本《非线性系统的鲁棒控制及应用》为我提供了深入研究这一课题的宝贵理论框架和实践指导。书中对非线性系统鲁棒控制方法的系统性介绍,特别是对基于模型预测控制(MPC)的鲁棒风电场控制策略,以及如何利用降阶模型来简化复杂风电机组的控制设计,让我印象深刻。我特别关注了书中关于如何利用风速预测信息来优化控制策略,以及如何设计能够应对模型不确定性和风况变化的鲁棒控制器。在对一个大型风电场进行仿真建模时,我尝试应用了书中介绍的基于MPC的鲁棒风电场整体协调控制策略。该策略能够对整个风电场的风能资源进行优化分配,同时考虑了风电机组之间的气动耦合效应以及电网的稳定要求。仿真结果表明,该策略能够有效地提高风电场的总能量输出,并且在应对突发风况变化时,能够保持风电场的平稳运行。这本书的价值在于,它不仅提供了先进的控制理论知识,更重要的是,它将这些理论与风力发电领域的实际问题紧密结合,为我解决复杂风电控制难题提供了有力的工具和指导,极大地提升了我对复杂系统控制的理解和能力。

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在智能交通系统的研究中,车辆编队控制是一个极具挑战性的课题。如何使多辆汽车协同工作,保持预设的队形和间距,同时应对道路状况的不确定性、传感器噪声以及其他车辆的干扰,是实现高效交通的关键。我一直致力于研究能够实现高精度、高鲁棒性的车辆编队控制算法,而这本书的出现,为我提供了一个宝贵的理论框架和实践指导。书中关于非线性系统鲁棒控制的详尽论述,特别是对滑模控制、预测控制以及多智能体系统协同控制的深入探讨,让我眼前一亮。我特别关注了书中关于如何利用通信信息来实现多车辆之间的协同控制,以及如何设计能够应对通信延迟和丢包的鲁棒控制器。在对车辆编队控制进行仿真实验时,我尝试应用了书中介绍的基于预测控制的鲁棒编队跟踪算法,该算法能够预见未来一段时间内的系统状态,并根据不确定性因素调整控制策略,从而实现对前方车辆的精确跟踪,同时保持了与其他车辆的稳定车距。实验结果表明,该算法在模拟的突发交通状况下,例如前方车辆突然减速或变道,仍然能够保持编队结构的稳定,并且能够快速恢复到预设的队形。这本书的价值在于,它不仅为我提供了先进的控制理论知识,更重要的是,它通过生动的案例分析,让我能够清晰地理解这些理论在复杂实际系统中的应用潜力,为我在智能交通领域的研究提供了新的思路和方法。

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一直以来,我对船舶动力推进系统的控制有着浓厚的兴趣,尤其是在复杂海况下如何保证航行安全和动力输出的平稳。作为一名船舶动力工程师,我深知船舶在航行过程中会受到风、浪、流等多种随机扰动的影响,而船舶自身的动力系统又具有显著的非线性特性。因此,开发一套能够有效应对这些不确定性的鲁棒控制系统,是提高船舶操纵性能和燃油效率的关键。这本《非线性系统的鲁棒控制及应用》恰好满足了我对这一领域深入学习的需求。作者在书中详细介绍了多种鲁棒控制方法,并对它们的数学原理、设计流程以及在不同应用场景下的表现进行了深入的分析。我特别关注了书中关于自适应鲁棒控制和模糊逻辑鲁棒控制的部分,因为这些方法在处理未知动力学和非线性特性方面具有独特的优势。在对船舶动力推进系统进行仿真建模时,我尝试应用书中提出的自适应滑模控制算法,该算法能够实时辨识系统参数的变化,并动态调整控制律,从而有效地抵御外部扰动的冲击。仿真结果显示,即使在模拟的极端海况下,该控制器也能保持船舶动力输出的平稳,并且能够快速响应操纵指令。这本书的实用价值在于,它不仅提供了先进的理论知识,更重要的是,它通过丰富的案例研究,展示了这些理论如何在实际的工程应用中发挥作用,为我解决船舶动力系统控制的难题提供了宝贵的思路和工具,极大地提升了我对复杂系统控制的理解和能力。

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