自适应控制器设计及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防工业

作者:张云生

出品人:

页数:224

译者:

出版时间:2005-5-1

价格:50.0

装帧:精装(无盘)

isbn号码:9787118037494

丛书系列:

图书标签:

• 自适应控制
• 智能控制
• 现代控制理论
• 控制器设计
• 系统辨识
• 鲁棒控制
• 优化算法
• 工程应用
• 自动控制
• 控制系统

《现代控制理论及其发展》 本书系统地阐述了现代控制理论的核心概念、基本方法和前沿进展。内容涵盖了从经典控制理论的演进到当代先进控制策略的全面梳理，为读者构建了一个扎实而广阔的控制理论知识体系。 第一部分：现代控制理论基础 本部分深入剖析了现代控制理论的数学基础和基本框架。 状态空间法： 详细介绍了描述线性时不变（LTI）系统状态的方法，包括连续时间和离散时间系统。通过引入状态向量、状态方程和输出方程，清晰地阐释了系统内部状态的演变规律。我们将探讨状态方程的构成要素，如系统矩阵、输入矩阵、输出矩阵和前馈矩阵，并通过实例说明如何将实际系统转化为状态空间模型。 可控性和可观性： 这是现代控制理论的基石。本书将详细讲解可控性的概念，即能否通过输入信号将系统状态从任意初始状态驱动到任意目标状态。我们将介绍可控性矩阵的计算方法以及其在系统分析和控制器设计中的重要性。同时，我们也会深入探讨可观性，即能否通过输出信号准确推断系统的内部状态。可观性矩阵的计算及其在状态估计算法设计中的作用也将得到详尽的论述。 稳定性分析： 稳定性是控制器设计最基本的要求。本书将涵盖多种稳定性分析方法，包括李雅普诺夫稳定性理论。我们将深入理解稳定性判据，如劳斯-赫尔维茨判据和奈奎斯特判据（虽然这是经典控制中的，但其思想在现代控制分析中仍有借鉴意义），以及针对非线性系统的李雅普诺夫第二方法，通过能量函数的概念来判断系统的稳定性。 系统对偶原理： 探讨了可控性与可观性之间的深刻联系，揭示了通过对偶变换可以将一个系统的可控性问题转化为另一个系统的可观性问题，从而大大扩展了分析和设计工具的应用范围。 第二部分：线性系统控制器设计 本部分聚焦于线性系统的控制器设计技术，从基本概念到高级方法。 极点配置（Pole Placement）： 详细介绍了如何通过选择合适的反馈增益矩阵，将闭环系统的特征根（即极点）配置到期望的位置，从而达到预期的动态响应。我们将探讨全状态反馈和部分状态反馈下的极点配置方法，并分析极点配置的可行性条件。 最优控制（Optimal Control）： 引入了最优控制的概念，即在给定性能指标下，寻找最优的控制策略。重点讲解了线性二次调节器（LQR）的设计方法，通过最小化二次型性能指标来确定最优反馈增益，从而实现系统性能的最优化。我们将详细推导黎卡提方程，并探讨其求解方法。 状态观测器设计： 鉴于实际系统中并非所有状态变量都能直接测量，本书将详细介绍状态观测器的原理和设计方法。我们将讲解Luenberger观测器的构造，如何利用系统的输出信息和模型来估计不可测的状态变量，以及如何将观测器与控制器相结合形成状态反馈控制系统。 线性矩阵不等式（LMI）方法： 介绍了将控制问题转化为LMI问题的强大工具。LMI方法在解决各种控制问题，如稳定性分析、鲁棒控制和模型预测控制等方面展现出极大的灵活性和有效性。我们将阐述LMI的基本形式及其在控制设计中的应用，并通过实例展示如何利用LMI求解器来设计控制器。 第三部分：先进控制理论与发展 本部分将目光投向现代控制理论的前沿领域和最新发展。 鲁棒控制（Robust Control）： 面对模型不确定性和外部扰动，鲁棒控制旨在设计能够在各种不确定条件下保持良好性能的控制器。本书将介绍H∞控制、μ-综合等经典鲁棒控制方法，分析不确定性的建模方式，以及如何设计能够抵御不确定性影响的控制器。 自适应控制（Adaptive Control）： 详细阐述了当系统参数未知或随时间变化时，如何设计能够自动调整控制参数以适应系统变化的自适应控制器。我们将深入研究模型参考自适应控制（MRAC）和自适应逆控制等基本结构，并分析其收敛性和稳定性。 模型预测控制（MPC）： 作为一种先进的闭环控制策略，MPC利用系统的未来模型信息，通过滚动优化来生成最优控制序列。本书将详细介绍MPC的基本原理、预测模型构建、优化问题求解以及其在复杂系统控制中的广泛应用。 非线性控制（Nonlinear Control）： 针对非线性系统的特性，本书将介绍反馈线性化、滑模控制、模糊控制和神经网络控制等非线性控制技术。我们将深入分析非线性系统的动力学行为，并展示如何设计能够有效控制非线性系统的控制器。 分布式控制与网络化控制系统： 探讨了在分布式和网络化环境下，如何设计协同工作的控制器。我们将分析网络延迟、丢包等因素对控制性能的影响，并介绍相应的解决方案。 模型降阶与简化： 针对复杂高维系统，本书将介绍模型降阶的技术，以获得能够满足控制要求的简化模型，从而降低控制器设计的复杂度和计算量。 第四部分：应用实例与展望 本部分通过具体的工程应用案例，展示了现代控制理论的实际价值，并对未来发展趋势进行展望。 机器人控制： 探讨了如何运用现代控制理论解决机器人路径规划、运动控制和姿态稳定等问题。 航空航天控制： 分析了飞机、航天器姿态控制、轨道保持等经典控制工程问题。 过程控制： 介绍了在化工、电力等领域，如何利用现代控制方法实现生产过程的优化与自动化。 智能交通系统： 讨论了如何将现代控制思想应用于交通流优化、车辆协同等领域。 本书旨在为读者提供一个全面、深入的现代控制理论学习平台，无论您是控制领域的初学者，还是希望深入研究先进控制技术的专业人士，都能从中获得丰富的知识和启发。通过对书中理论和方法的学习与实践，读者将能够独立解决各种复杂的控制工程问题，并为未来的控制技术发展贡献力量。

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对于我这种初入控制领域的新手来说，这本书简直是我的“引路明灯”。起初我对自适应控制这个概念感到非常头疼，总觉得它高深莫测，充满各种不确定性。但翻开这本书后，我的顾虑烟消云散。作者构建知识体系的功力非凡，他没有急于抛出复杂的李雅普诺夫稳定性分析，而是从一个简单的线性时不变系统入手，循序渐进地引入自适应的思想，就像是搭建积木一样，每一块砖都放得恰到好处。最让我印象深刻的是其中关于“参数退化”和“控制器重构”的章节，作者用非常直观的图示和简短的伪代码，解释了当系统模型发生突变时，控制器如何“自我疗愈”。这种叙事风格极其友好，让人在学习过程中充满了成就感，而不是挫败感。它成功地架设了理论与实践之间的桥梁，让那些晦涩的数学工具变得触手可及，完全没有那种拒人于千里之外的学术架子。

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这本书在工程应用层面的深度和广度，是市面上许多同类教材难以企及的。我特别关注了其中关于非线性系统自适应控制的那一章，它详尽地阐述了反步法（Backstepping）的原理，并结合了神经网络逼近器来处理难以建模的未知项。作者对设计过程中的收敛性证明也处理得非常到位，既保留了足够的数学严谨性，又没有过度纠缠于高等微分几何的细节，使得有一定数学基础的工程师也能快速上手。此外，书中对自适应控制在航空航天、化工过程控制中的实例分析，提供了极高的参考价值。比如，对于导弹的飞行控制系统，如何实时估计气动参数并调整控制器增益，书中给出了一个非常详尽的仿真案例，从初期的“打摆”到最终的稳定跟踪，每一步变化都清晰可见，这对于我们理解鲁棒性和适应性之间的平衡至关重要。

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这本书简直是控制理论爱好者的福音！它以一种深入浅出、逻辑清晰的方式，将复杂的自适应控制理论娓娓道来。我尤其欣赏作者在理论推导上的严谨性，每一步公式的演变都像是精心编排的舞蹈，让人在理解中获得美感。书中不仅仅停留在理论层面，更注重将这些抽象的概念与实际工程问题相结合。比如，在处理系统辨识与参数估计的那部分，作者没有采用那种干巴巴的数学语言，而是通过一个经典的机器人控制案例，生动地展示了卡尔曼滤波在实时系统状态估计中的威力。读完这几章，我感觉自己仿佛掌握了一套“万能钥匙”，能够打开现代工业控制系统优化的大门。更令人称道的是，作者对不同自适应策略（如MRAC、基于LMS的算法）的优缺点进行了细致的对比，这种中肯的评价让读者能够根据具体应用场景做出最优选择，避免了“为赋新词强说愁”的理论堆砌。这本书绝不是那种只适合理论研究的“天书”，它更像是一本实战手册，为工程实践者指明了方向。

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对于那些寻求进阶知识的研究人员而言，这本书的价值体现在其对前沿研究方向的精准把握。书中对基于模型的预测控制（MPC）与自适应控制的融合，以及在线学习算法在自适应框架中的应用，都进行了深入探讨。作者对这些新兴领域的介绍并非走马观花，而是给出了详细的数学建模和收敛性分析，这为后续的创新研究提供了坚实的基础。特别是对大型复杂网络系统自适应协同控制的章节，其提出的分布式算法结构新颖，为多智能体系统的鲁棒控制提供了一条可行的路径。这本书的参考文献部分也极其详尽，指向了该领域最核心的期刊论文，体现了作者深厚的学术积累和对学科脉络的清晰认知。它不仅是一本教科书，更像是一份高质量的领域综述报告。

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阅读这本书的体验，更像是在一位经验丰富的老教授身边学习。他的讲解既有大家风范，又不失亲切感。特别是关于自适应控制系统安全性和可靠性的讨论，这在当前强调“可信赖AI”的大背景下显得尤为重要。作者没有回避自适应控制中可能出现的“参数漂移”和“奇异性”问题，而是坦诚地分析了这些风险，并提出了基于切换机制和投影算法的解决方案。这种平衡了理想与现实的写作态度，让读者能够更全面、更负责任地去设计和部署自适应系统。书中对数字实现的考量也十分细致，涉及了采样周期的选择、量化误差的影响等，这些都是在实际项目中经常遇到的“拦路虎”，这本书提前为我们扫清了障碍。

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