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出版者:科学出版社

作者:连晋平/王东红/刘庆林王东红刘庆林

出品人:

页数:287

译者:

出版时间:2005-4

价格:28.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787030147684

丛书系列:

图书标签:

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• 电路分析
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好的，这是一本关于现代控制理论与应用的图书简介，内容力求详实，旨在吸引专业读者和高级工程技术人员的关注。 --- 现代控制理论与应用：从基础到前沿的深度剖析 图书定位与核心价值 本书旨在构建一个从经典控制理论的坚实基础，到现代控制理论的先进方法，再到复杂工程系统实时应用的完整知识体系。我们避免了对基础电路原理或开关逻辑的重复叙述，而是将焦点完全集中于系统动态行为的数学描述、分析、设计与优化。它不是一本面向初学者的入门读物，而是为具备一定数学和工程背景的读者——包括研究生、高级工程师、系统架构师和研发人员——提供一套深邃、系统且具有实践指导意义的控制学工具箱。 全书结构严谨，逻辑清晰，强调理论的严密性与工程实践的紧密结合，尤其侧重于状态空间法的深入应用以及鲁棒性、最优性的现代控制设计范式。 第一部分：状态空间法的基石与系统辨识 本部分将读者从传统的传递函数视角，彻底引导至更具描述性和普适性的状态空间表示。 第1章：线性系统的时域分析与建模 状态变量的选取与意义： 深入探讨如何选择一组能完全表征系统内部动态的最小变量集合。讨论不可观测和不可控子空间的概念，以及它们对系统分析的限制。 标准形式的转换： 详细介绍并推导可控标准型（Controllable Canonical Form）和可观测标准型（Observable Canonical Form）的矩阵变换方法，分析它们在设计中的实用性。 时间响应与稳定性： 使用状态转移矩阵 $Phi(t)$ 统一分析连续时间系统和离散时间系统的零输入响应和零状态响应。重点分析李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性判据的几何意义和代数判定方法，超越简单的特征值分析。 第2章：系统辨识与参数估计 本章专注于从实际测量数据中提取系统模型，这是所有现代控制设计的前提。 经典辨识方法回顾与局限性： 简要回顾脉冲响应法和频率响应法，并阐述其在多输入多输出（MIMO）系统和噪声环境下的不足。 最小二乘法（LS）及其扩展： 详述递归最小二乘（RLS）算法，着重于其在在线、时变系统参数估计中的应用，包括遗忘因子（Forgetting Factor）的选择策略。 子空间辨识（Subspace Identification）： 介绍N4SID等先进方法，重点讨论如何利用投影和QR分解等线性代数技术，直接从输入输出数据中估计出系统的阶数和状态空间矩阵（A, B, C, D），特别适用于高阶或存在未建模动态的系统。 第二部分：现代控制器的设计与实现 本部分是全书的核心，侧重于利用状态空间模型进行先进的反馈控制设计。 第3章：可控性、可观测性与极点配置 判据的严格证明与工程应用： 对卡尔曼（Kalman）可控性/可观测性矩阵的秩判据进行严格推导，并结合实际工程案例（如机械臂逆运动学）说明无法实现完全极点配置（Pole Placement）的物理原因。 状态反馈设计： 详细阐述Ackermann公式的应用边界，并对比使用极点配置进行镇定（Stabilization）和性能优化（如改善暂态响应）的方法论。 观测器的设计： 深入探讨 Luenberger 观测器的设计，重点分析观测器增益的选择对估计误差收敛速度的影响。引入最小阶观测器（如通过降阶技术）在资源受限系统中的优势。 第4章：最优控制：LQR与HJB方程 本章将控制设计提升到性能优化的层面，聚焦于二次型最优控制（LQR）。 性能指标的量化： 严格定义二次性能指标函数 $J$，解释状态误差权重矩阵 $Q$ 和控制输入权重矩阵 $R$ 在权衡性能与控制能量中的物理意义。 代数黎卡提方程（ARE）： 详细推导并求解代数黎卡提方程，以确定最优状态反馈增益 $K$。讨论连续时间（CARE）和离散时间（DARE）方程的数值求解方法。 状态估计与最优控制的结合： 引入卡尔曼滤波（Kalman Filtering）作为最优状态估计器，并阐述分离原理（Separation Principle），说明最优状态反馈（LQR）和最优估计（卡尔曼滤波）可以独立设计。 第5章：鲁棒控制导论：H$infty$ 控制与 $mu$ 分析 本部分面向需要处理模型不确定性和外部扰动的复杂系统。 模型不确定性的数学描述： 讨论结构化奇异值（Structured Singular Value, $mu$）的概念，它超越了传统的增益裕度（Gain Margin）和相角裕度（Phase Margin），用于分析MIMO系统中的真实不确定性。 H$infty$ 控制设计： 介绍如何将控制目标转化为最小化闭环系统从外部扰动到性能输出的 $mathrm{H}_{infty}$ 范数。推导求解基于状态反馈和输出反馈的 $mathrm{H}_{infty}$ 控制器所需的不等式型黎卡提方程（Inequality ARE）。 控制器简化与量化： 讨论获得连续 $mathrm{H}_{infty}$ 控制器后，如何通过降阶技术（如Balanced Truncation）获得适用于实际硬件的低阶控制器，以及如何进行控制器参数的量化以适应数字实现。 第三部分：非线性系统与先进控制策略 本部分处理超越线性定常（LTI）模型的复杂和高维度问题。 第6章：非线性系统的分析与反馈线性化 相平面分析与极限环： 针对二阶非线性系统，介绍相平面分析法，用于定性地理解系统的稳定点、奇点和极限环的存在性。 反馈线性化技术： 深入讲解微分平价（Differential Flatness）和输入-输出线性化（Input-Output Linearization）的方法论。重点讨论如何计算必要的相对阶（Relative Degree）和零动态（Zero Dynamics），并分析零动态的稳定性对整体系统性能的决定性影响。 第7章：鲁棒自适应控制 参数不确定性下的鲁棒性： 介绍滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）的设计原理，如何利用高频切换实现对外部扰动和模型参数变化的强力抑制。详细讨论抖振（Chattering）现象的成因及基于边界层（Boundary Layer）技术的改进方法。 自适应控制基础： 引入标称自适应控制（如MRAC，Model Reference Adaptive Control）的基本结构，重点分析如何设计参数更新律（如基于误差的梯度下降），以确保在未知系统参数变化时，闭环系统性能仍能趋近于参考模型。 总结与展望 本书的深度和广度确保了读者不仅掌握了现代控制学的核心算法，更理解了这些算法背后的数学原理和工程权衡。我们刻意避开了数字信号处理、传感器技术或传统的开关逻辑设计等内容，将全部篇幅投入到连续与离散时间系统的状态动态建模、性能优化和不确定性处理这一高阶控制科学领域。读者完成本书的学习后，将有能力独立应对如航空航天姿态控制、复杂机电耦合系统、以及高精度过程控制等前沿工程挑战。

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这本书的装帧设计真是一绝，封面那种深邃的蓝色调搭配着简洁的白色字体，一下子就抓住了我的眼球。拿到手里的时候，就能感受到纸张的厚度和质感，看得出来出版社在选材上是下了功夫的。我尤其喜欢它内页的排版，字里行间留白的处理非常得当，读起来一点也不觉得拥挤和压抑。作为一名业余爱好者，我最怕的就是那种排版密密麻麻、逻辑混乱的教材，但这本书完全没有这个问题。每章的开头都会有一个清晰的导读，告诉你本章的重点和学习目标，这种结构化的引导方式极大地帮助我梳理了知识脉络。而且，书中的插图和示意图简直是神来之笔，那些复杂的概念，通过清晰的流程图和精美的电路图展示出来，一下子就变得直观易懂。比如在讲到组合逻辑电路的化简时，那些 Karnaugh 图的绘制步骤，用不同颜色的线条和标记清晰地勾勒出来，比我之前看过的任何资料都要明白。翻阅起来，这感觉就像是在欣赏一本精心制作的艺术品，而不是冰冷的专业书籍，光是翻阅的过程就是一种享受。

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如果说这本书有什么“遗憾”的话，那可能就是它过于“全面”了，以至于初次接触的读者可能会感到有些信息量过载。它不仅仅停留在基础的组合逻辑和时序逻辑层面，后面章节的内容已经深入到了更偏向硬件描述语言（HDL）的初步概念，甚至还涉及到了对特定芯片系列的简要介绍。虽然这些拓展内容极大地丰富了本书的深度，拓宽了读者的视野，但对于一个只想了解开关代数基础的纯新手来说，这些后半段的内容可能会显得有些“超纲”和难以消化。我个人的建议是，初次阅读时，可以先集中精力啃下前三分之二的核心章节，将基础概念吃透后，再回过头来慢慢品味后面那些更贴近前沿应用的章节。这本书的广度决定了它不仅仅是一本入门指南，更像是一本可以伴随学习者数年的工具书，随着知识水平的提升，每次重读都能有新的领悟和收获，它的价值是随着读者的成长而不断增值的，这绝对是一次物超所值的投资。

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说实话，我买这本书的时候，心里还是有点忐忑的，毕竟我对这个领域接触不多，生怕里面的内容过于高深莫测，变成一本只能供着却读不下去的“砖头书”。然而，真正开始阅读后，我发现作者的叙事风格简直是教科书级别的“润物细无声”。他似乎深谙初学者的心理障碍，总是从最基础、最生活化的例子切入，循序渐进地引申到抽象的理论层面。譬如，讲解二进制数和布尔代数时，他竟然联系到了日常生活中的开关状态和逻辑判断，让我瞬间找到了共鸣点，不再觉得这些数学符号是高高在上的存在。更让我惊喜的是，书中穿插了大量的历史背景介绍和应用实例分析。读到某一个特定逻辑门的发明历程，我仿佛能感受到那个时代工程师们筚路蓝缕的探索精神，这极大地激发了我继续深入学习的动力。这种将理论与人文关怀相结合的写作手法，让枯燥的技术学习过程变得充满了人情味和探索的乐趣，这在很多同类书籍中是极其罕见的。

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这本书的练习题设计简直是精妙绝伦，完全体现了“理论联系实际”的教学理念。我试着做了几章后面的习题，发现它们并不是那种简单重复概念的填鸭式考核，而是真正考验你对知识的理解和应用能力的。比如，在讲完触发器后，配套的实验设计题要求我们利用所学的知识去模拟一个简单的计数器，并且详细说明了设计步骤和可能遇到的陷阱。更重要的是，书后附带的详细解答部分，它提供的不仅仅是最终答案，而是完整的解题思路和多种可能的优化方案。我经常会对着解析琢磨半天，看看自己哪个思考的环节不够严谨，或者有没有更高效的实现路径。这种深度反馈机制，让我感觉自己不是在独自摸索，而是在和一个经验丰富的导师在对话。我把这本书的习题集当成了我的“私教”，很多平时课本上讲不清楚的边角知识点，都在做题的过程中得到了巩固和消化，这对于提升实战能力是极其宝贵的财富。

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我个人对学术书籍的“严谨性”有很高的要求，这本书在这方面做得非常出色，可以说是无可挑剔的典范。从术语的定义到公式的推导，每一个细节都经过了反复的校准，几乎找不到任何歧义或者错误。我特意去查阅了几个核心定理的证明过程，发现作者的推导逻辑链条清晰、每一步的依据都标注得清清楚楚，完全可以作为后续更深入研究的可靠参考资料。我注意到，作者在引用某些经典理论时，还会标注出原始文献的出处，这种对学术规范的尊重，让这本书的权威性大大提升。对于我这种需要将学习内容用于项目开发的人来说，这种对准确性的坚持至关重要，我完全可以放心地将书中的设计原则和参数直接应用到我的原型开发中，不用担心因为基础概念的偏差而导致后期的项目失败。这种扎实到骨子里的科学态度，是这本书最值得称道的地方之一。

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