多变量自适应解耦控制及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:柴天佑

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-03-01

价格:25.0

装帧:

isbn号码:9787030090614

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• 解耦控制
• 控制科学与技术
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《现代控制理论中的新进展：解耦控制策略研究》 本书深入探讨了现代控制理论前沿的研究成果，重点聚焦于解耦控制策略的最新发展及其在复杂系统中的应用。书中将引导读者穿越层层理论迷雾，逐步理解如何构建有效的解耦控制器，以解决传统控制方法在处理强耦合、非线性多输入多输出（MIMO）系统时所面临的严峻挑战。 核心理论框架： 本书首先系统梳理了经典解耦控制理论的基石，包括但不限于： 代数解耦方法： 深入剖析零极点配置、反馈线性化等代数技术在解耦控制中的原理与实现。读者将学习如何通过数学变换将耦合的系统转化为一系列独立的单输入单输出（SISO）子系统，从而简化控制设计。 动态解耦策略： 引入基于状态空间模型和传递函数矩阵的动态解耦方法，包括逆系统方法、补偿器设计等。本书将详细阐述如何设计具有特定动态特性的补偿器，以抵消系统内各输入输出之间的耦合影响。 模型预测控制（MPC）与解耦： 探讨将解耦思想融入模型预测控制框架的最新研究。分析MPC在处理约束、优化目标以及兼顾解耦性能方面的优势，并提供具体的算法设计思路。 自适应解耦控制的理论基础： 重点阐述自适应控制的核心概念，如参数估计、控制器在线调整等，并将其与解耦控制相结合，形成能够应对系统参数变化、模型不确定性甚至外部扰动的自适应解耦控制器。 关键技术与方法： 本书将详细介绍实现解耦控制的各种关键技术和方法，并辅以大量的数学推导和案例分析： 多变量系统建模： 强调精确系统模型对解耦控制的重要性。涵盖线性多输入多输出（MIMO）系统的传递函数矩阵表示、状态空间模型构建，以及针对非线性系统的泰勒展开、雅可比线性化等建模方法。 解耦度量与评估： 提供量化评估系统耦合程度和控制器解耦效果的指标。读者将学习如何利用相对增益（RGA）、耦合矩阵等工具来诊断系统的耦合特性，并评估设计的解耦控制器的性能。 先进解耦控制器设计： 基于逆系统的解耦： 详细讲解如何构造系统的逆模型，并利用逆模型实现输入输出的解耦。 基于补偿器的解耦： 介绍串联、并联补偿器设计方法，以及如何根据系统特性设计最优补偿器实现动态解耦。 滑模解耦控制： 探讨滑模控制在应对强非线性和参数不确定性下的解耦应用，分析其鲁棒性优势。 模糊逻辑与神经网络解耦： 引入智能控制方法，如模糊逻辑系统和神经网络，用于构建自适应的解耦控制器，尤其适用于模型难以精确获得的情况。 自适应算法的应用： 递归最小二乘（RLS）与递推最少平方（RML）算法： 讲解如何利用这些算法实时估计系统参数，为自适应解耦控制器提供精确的系统信息。 梯度下降法及变种： 介绍基于梯度的参数更新算法，以及它们在在线优化控制器参数中的应用。 模型参考自适应控制（MRAC）框架： 阐述如何利用MRAC的思想设计能够使被控系统性能逼近参考模型的自适应解耦控制器。 应用领域与工程实践： 本书不仅局限于理论探讨，更注重将先进的解耦控制理论应用于实际工程问题，旨在为研究人员和工程师提供实用的指导。书中将详细分析解耦控制在以下领域的成功案例： 化工过程控制： 如反应器温度、压力、流量等多个变量相互影响的耦合过程，通过解耦控制实现精确、稳定的生产。 机器人与自动化系统： 机械臂多自由度关节的协同运动控制，实现高精度、高效率的路径跟踪和任务执行。 航空航天与飞行器控制： 飞机、导弹等飞行器的姿态、速度、航向等多个耦合变量的精确控制，保证飞行稳定性和机动性。 电力系统控制： 发电、输电、配电等环节的复杂耦合关系，通过解耦控制实现电网的稳定运行和最优调度。 汽车电子与智能驾驶： 发动机、变速器、制动系统等协同控制，提升燃油经济性、驾驶舒适性和安全性。 能源与环境监测： 如温室气体排放、水资源管理等涉及多个相互关联因素的优化控制。 本书特色： 理论深度与实践广度并存： 既有严谨的数学推导，又不乏生动的工程应用案例。 循序渐进的讲解： 从基础概念到前沿技术，由浅入深，适合不同背景的读者。 丰富的数学工具： 运用线性代数、微分方程、复变函数等工具，为读者提供坚实的理论基础。 前瞻性视野： 关注最新研究动态，为读者提供未来研究方向的启示。 通过阅读本书，读者将能够系统掌握多变量解耦控制的核心理论和先进技术，并能够将其灵活应用于各种复杂工程系统的设计与优化，从而显著提升系统的性能、稳定性和鲁棒性。本书将成为控制理论研究者、自动化工程师以及相关领域研究生的宝贵参考资料。

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对于任何致力于提升系统自动化水平的团队来说，拥有一个能够处理复杂耦合问题的工具箱是至关重要的。这本书的价值可能远超其理论层面，更在于它为解决实际工程难题提供了一套清晰的、可复制的方法论。我尤其关注“应用”二字所指的具体领域，比如复杂的化工反应器、航空航天姿态控制，或是高精度机床的伺服系统。在这些领域，参数的微小波动都可能导致灾难性的后果。这本书如果能提供一套系统的验证流程，包括如何设计合理的性能指标（如误差积分平方和、最大超调量），以及如何进行严格的闭环稳定性验证（例如利用Lyapunov方法或频率域裕度分析），那么它就不仅仅是一本技术手册，而是一套行之有效的工程规范。这种将理论严谨性与工程实用性完美结合的著作，是稀缺的资源，它能显著缩短从实验室成果到工业化生产的周期。

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这本书的标题本身就暗示了一种对控制系统设计范式的深刻洞察。传统的控制设计往往是“一刀切”的固定增益设计，系统在设计工况点表现优异，但一旦运行条件偏离预设范围，性能便急剧下降。而“自适应”机制的引入，则代表着系统具有一种“学习”和“自我修正”的能力。我非常好奇作者是如何平衡自适应的速度与收敛的稳定性之间的矛盾的。过快的适应可能导致系统进入不稳定的震荡状态，而过慢的适应则使得系统无法及时响应动态变化。这种平衡点的把握，往往是区分优秀自适应控制设计和普通设计的关键所在。我希望书中能深入探讨不同自适应律的内在机制，比如基于模型的直接/间接结构，或者更先进的基于模型的参考自适应控制（MRAC）的变体。如果能结合具体案例，展示不同自适应策略在应对非线性效应或参数突变时的性能曲线对比，那将是对控制理论学习者极大的启发。

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从语言风格和结构上判断，这本书似乎是为那些已经掌握了基础控制理论（如经典PID、状态空间法）的研究人员和高级技术人员量身定制的进阶读物。它的专业性毋庸置疑，目标读者群也必然是对“多变量”和“解耦”有明确需求的专业人士。我设想，这本书的章节安排可能从系统辨识与建模入手，详细讲解如何精确地获得描述多变量系统动态特性的数学模型，这往往是所有复杂控制设计中最耗时且最关键的一步。随后，章节内容会逐步深入到如何利用模型的结构特性（如零/极点分布）来设计解耦矩阵，这可能涉及到先进的代数解耦技术或频率响应分析。最后，才是将自适应机制嵌入到已解耦的结构中，以确保全局性能。这种层层递进的逻辑链条，是优秀教材的标志，它引导读者从“知道如何控制”进化到“知道如何设计一个能自我优化的控制策略”。

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作为一名长期与复杂工业过程打交道的工程师，我深知在实际操作层面，理论模型与真实世界之间的鸿沟常常令人沮丧。很多学术著作侧重于证明一个定理的优美性，却在算法的实时计算效率和对传感器噪声的容忍度上语焉不详。因此，我对这类聚焦于“应用”的控制书籍抱有极高的期望。我关注的重点在于，作者是如何将高深的数学工具，比如代数判据、奇异值分解或者某种新型滤波技术，转化为可以在工业PLC或实时嵌入式系统中高效运行的算法。如果书中能提供关于硬件实现层面的考量，例如采样周期的选择、有限字长对解耦效果的影响，甚至是故障诊断与恢复策略的集成，那无疑将这本书的价值提升到了一个新的高度。毕竟，一个在仿真中表现完美的算法，如果不能在毫秒级的响应时间内稳定运行并抵抗实际环境中的各种不确定性，那么它的理论价值终究是有限的。我对这种强调落地性的控制论著，总是抱有一种近乎朝圣般的好奇心。

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这本书的名字着实让人眼前一亮，充满了技术深度和应用前景的暗示。初读之下，我立刻被它所蕴含的复杂系统处理能力所吸引。在工程实践中，我们经常会遇到那种牵一发而动全身的系统，变量之间相互影响，传统的单回路控制方法根本无从下手，效果也往往差强人意，甚至会引入不必要的振荡。这本书的标题直接点明了解决这一核心痛点的方向——“自适应”和“解耦”。这表明它不仅仅停留在理论的展示，更强调在实际、多变环境下系统性能的保证。我尤其期待书中能详细阐述如何构建一个既能有效应对外部扰动，又能使各控制回路间相互影响最小化的数学框架。好的解耦控制能让设计者将复杂的N输入N输出问题，转化为一系列相对独立的单输入单输出问题来处理，这极大地简化了设计和调试的难度。而“自适应”的加入，则意味着即便是系统参数随着时间推移发生漂移或变化，控制器的性能也不会显著下降。这种对鲁棒性和灵活性的双重追求，是现代高端控制理论的标志，相信这本书会是一本理论扎实、面向工程实际的宝贵参考资料。

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