最优化技术方法及MATLAB的实现 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:化学工业出版社

作者:曹卫华

出品人:

页数:188

译者:

出版时间:2005-1

价格:16.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502563837

丛书系列:

图书标签:

• 最优化方法
• MATLAB
• 数值优化
• 优化算法
• 数学建模
• 工程优化
• 算法实现
• 优化理论
• 计算方法
• 应用数学

经典控制理论基础与工程应用 内容提要 本书全面、系统地阐述了经典控制理论的核心概念、分析方法和工程实现技术。内容涵盖了从系统建模、时域分析到频域分析的完整流程，深入探讨了线性、时不变系统的设计与校正技术。全书紧密结合工程实际，通过大量的实例和习题，帮助读者建立扎实的理论基础，掌握解决实际控制工程问题的能力。 第一章 绪论与系统描述 本章首先介绍了控制理论的定义、发展历程及其在现代工业、航空航天、机器人等领域的广泛应用。随后，重点阐述了控制系统的基本组成（开环与闭环系统、反馈概念）以及控制系统的主要性能指标，如瞬态响应指标（超调量、调节时间）和稳态精度指标（静差）。 在系统描述方面，本书详细介绍了物理系统的数学建模方法，包括机电、热力学和流体力学系统的建立。核心内容集中在线性常微分方程的建立与简化，并引入了系统的基本分类（线性与非线性、时不变与时变）。为后续的分析奠定基础，本章着重讲解了系统的传递函数表示法，推导了惯性环节、一阶系统、二阶系统的标准形式，并讨论了传递函数与微分方程、框图之间的相互转换关系。 第二章 时域分析 时域分析是理解系统动态行为的直观方法。本章首先从标准的测试信号入手，详细分析了单位阶跃信号和单位脉冲信号对系统的激励响应。 线性时不变系统的解法： 重点讲解了如何使用拉普拉斯变换对微分方程进行求解，从而获得系统的零输入响应和零状态响应。拉普拉斯逆变换的技巧和常用公式被系统地梳理。 暂态响应分析： 针对二阶系统的特性，详细分析了阻尼比（$zeta$）和无阻尼自然频率（$omega_n$）对系统响应形态的决定性影响，区分了欠阻尼、临界阻尼和过阻尼三种情况，并推导了超调量、峰值时间、调节时间等关键指标的计算公式。 稳态误差分析： 本章的核心难点之一。系统介绍了系统的型别概念（Type Number），阐明了开环增益 $K$ 和积分、微分环节对系统稳态误差的影响。通过零输入、单位阶跃输入和单位斜坡输入下的位置、速度和加速度误差常数 ($K_p, K_v, K_a$) 的计算，精确预测系统在稳态下的跟踪精度。 第三章 系统的根轨迹分析法 根轨迹法是设计控制系统开环增益的关键图解分析工具。本章详细介绍了根轨迹的定义、绘制步骤及其基本性质，包括根轨迹的起点、终点、渐近线（数量和质心）、交虚轴点以及根轨迹的起伏特性。 设计应用： 重点演示如何利用根轨迹图来确定使系统满足特定瞬态性能指标（如期望的极点位置）所需的开环增益 $K$ 值。此外，还探讨了增加零点和极点对根轨迹形状的影响，为控制器参数的初步选型提供了直观指导。 第四章 频域分析基础 频域分析提供了系统稳定性和动态性能的另一种重要视角。本章从对正弦激励的响应出发，引出频率响应函数的概念，即系统的开环频率特性曲线 $G(jomega)$。 Bode 图的绘制与解读： 详细介绍了伯德图（Bode Diagram）的绘制方法，包括渐近线近似法和精确修正。重点阐述了如何从Bode图上直接读取系统的低频增益、带宽以及高频滚降特性。 Nyquist 图的绘制与意义： 阐述了奈奎斯特图的绘制原理及其与传递函数的对应关系。本章将频域分析与稳定性理论紧密结合。 第五章 系统的稳定性判据 系统的稳定性是控制系统设计的前提。本章系统地介绍了各种判定方法。 代数判据： 详细阐述了 Routh-Hurwitz 判据（劳斯表）的构造规则、判定方法以及处理特殊情况（如零行、出现符号变化）的技巧。通过极点在s平面上的分布与代数判据的对应关系，加深对稳定性的理解。 频率响应稳定性判据： 深入讲解了奈奎斯特稳定性判据，包括闭环系统极点与开环频率响应曲线的关系（$N = P - Z$）。重点定义并计算了系统的相位裕度 ($gamma$) 和增益裕度 ($K_m$)，这些指标是衡量系统稳定裕度的关键工程量。 第六章 控制系统的校正与补偿 本章是控制工程实践的核心部分，旨在介绍如何通过引入校正装置（控制器或补偿器）来改善系统的性能和稳定性。 串联校正： 详细讨论了三种主要的串联校正装置： 1. 比例-积分-微分 (PID) 控制器： 分析了P、I、D各部分对系统性能（稳态误差、响应速度、阻尼程度）的独立影响，并给出了PID参数整定的基本思路（如Ziegler-Nichols方法）。 2. 超前（相位提前）校正器： 分析了其在改善系统瞬态响应和提高相角裕度方面的作用。推导了其传递函数和Bode图的特性。 3. 滞后（相位滞后）校正器： 分析了其在减小稳态误差和保持或提高增益裕度方面的作用。 根轨迹法在校正设计中的应用： 演示如何利用根轨迹分析法，根据期望的闭环极点位置，反推出所需的校正装置参数，实现对系统动态性能的精确整形。 第七章 根轨迹与频率响应的综合应用 本章着重于将时域和频域的分析工具结合起来解决实际工程问题。通过对根轨迹和Bode图的相互验证，工程师可以更全面地评估设计方案的优劣。本章包含多个综合性工程案例，涵盖了从初步建模到最终校正环节的完整设计流程。 第八章 状态空间法导论（初步） 为过渡到现代控制理论，本章简要介绍了状态空间描述的概念。讲解了如何将高阶微分方程转化为一组一阶线性微分方程组（状态方程）和输出方程。引入了状态向量、状态变量和输入/输出矩阵的概念，为理解更复杂的系统行为打下基础。 本书力求用清晰的数学推导和直观的物理意义解释复杂的理论，是控制工程专业学生和工程师深入理解和应用经典控制理论的理想教材。

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一本好的技术书籍，不仅仅是知识的宝库，更应该是一个启迪思考的平台。我希望《最优化技术方法及MATLAB的实现》能够激发我对优化技术更深层次的思考。例如，在介绍完各种优化方法后，是否会探讨这些方法在实际应用中的局限性？是否存在一些“万能”的优化方法？如何根据具体问题的特点，选择最适合的优化算法？这些问题，往往需要读者在学习理论知识的基础上，结合实践经验进行深入的思考。我期待这本书能够引导我进行这样的思考，从而让我不仅仅停留在“会用”的层面，更能达到“善用”和“创用”的境界。

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总而言之，尽管我无法深入评价《最优化技术方法及MATLAB的实现》的具体内容，但从书名本身，我已经能够感受到它所蕴含的价值和潜力。这本书似乎提供了一个系统学习最优化技术方法，并通过MATLAB进行实际实现的途径。对于任何希望在科研、工程、经济等领域提升自己解决问题能力的读者来说，这无疑是一本值得关注的书籍。我期待它能够帮助我打开通往优化技术世界的大门，并让我能够熟练地运用这些强大的工具来解决现实世界中的挑战。

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从书名来看，这本书更偏向于“方法”和“实现”，这让我联想到，它可能更适合于那些已经具备一定数学基础，或者希望将优化技术应用于工程、科研、金融等领域的人群。例如，工业界的工程师需要优化生产流程，科研人员需要解决模型参数的拟合问题，金融分析师需要构建最优投资组合等等。这本书的出现，无疑为这些领域的从业者提供了一个强有力的学习工具。我设想，这本书中的MATLAB实现，应该能够让读者快速上手，解决一些实际应用中的常见问题，从而提高工作效率和解决问题的能力。

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我刚翻完《最优化技术方法及MATLAB的实现》，尽管我对书中的具体内容无法给出详尽的评价，但我可以从一个旁观者、一个潜在读者的角度，分享一些关于这本书的整体印象和我的期待，希望能帮助到同样在寻找优化技术学习资源的朋友。首先，这本书的书名就非常吸引人：《最优化技术方法及MATLAB的实现》。光是“最优化技术方法”这几个字，就让我联想到了一系列复杂而精妙的数学模型和算法，比如线性规划、非线性规划、整数规划、动态规划等等，这些都是在科学研究、工程设计、经济管理等诸多领域都至关重要的工具。我设想书中一定详细介绍了这些方法的理论基础，比如目标函数、约束条件、可行域、最优解的定义，以及各种算法的原理，像是梯度下降法、牛顿法、共轭梯度法、单纯形法、内点法等等。每一种方法背后都有深厚的数学推导和逻辑支撑，这部分内容无疑是学习优化的基石，也是挑战所在。

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我一直认为，一本好的技术书籍，不仅仅是知识的传授，更应该是一种学习方法的引导。虽然我无法看到书中的具体内容，但我可以设想，《最优化技术方法及MATLAB的实现》在讲解方法时，可能会采用循序渐进的方式，从最基础的概念讲起，逐步深入到复杂算法的原理。同时，书中是否会提供一些案例分析，通过实际问题来引入和讲解相关的优化技术，这将大大增强学习的趣味性和实用性。例如，通过一个简单的生产计划问题来讲解线性规划，通过一个工程设计优化问题来讲解非线性规划，通过一个路径规划问题来讲解组合优化等等。这种“情景引入，问题驱动”的学习方式，往往能让读者更快地掌握知识，并能将所学知识迁移到实际问题中去。

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再者，从书名来看，这本书似乎覆盖了“技术方法”这个相对宽泛的概念，这让我对内容的广度和深度都充满了好奇。我猜测书中可能不仅仅局限于经典的优化算法，还会涉及到一些更前沿或更具实践性的技术。例如，在处理大规模、高维度问题时，可能需要一些启发式算法，如遗传算法、粒子群优化、模拟退火等。在实际应用中，数据的不确定性也是一个普遍存在的问题，所以随机优化、鲁棒优化等内容也可能有所涵盖。此外，在某些领域，我们可能面临的是多目标优化问题，需要同时优化多个相互冲突的目标，书中是否会介绍多目标优化的一些经典方法和评价指标，例如帕累托最优、销量图等，也是我非常关注的。这种涵盖面广泛的书籍，对于我这样希望对优化技术有一个全面了解的读者来说，无疑是非常宝贵的。

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我还设想，《最优化技术方法及MATLAB的实现》在结构上可能会有其独到之处。或许会按照问题的类型进行划分，例如，先讲解无约束优化，再讲解有约束优化，然后是组合优化，最后是全局优化。又或者，会按照算法的迭代方式进行组织，例如，先讲解基于搜索的方法，再讲解基于梯度的方法。无论采用何种结构，我都希望它能够逻辑清晰，条理分明，让读者能够循序渐进地掌握优化技术。而且，我猜想，书中对MATLAB的介绍，可能不会仅仅是简单地罗列函数，而是会结合具体的优化算法，讲解如何使用MATLAB的内置函数，或者如何通过编写自定义函数来实现更复杂的优化需求。

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对于一本技术书籍而言，内容的准确性和严谨性是至关重要的。我期待《最优化技术方法及MATLAB的实现》在理论推导上能够严谨可靠，在算法描述上能够清晰准确，在MATLAB代码实现上能够高效稳定。我猜测书中在介绍每一种优化方法时，都会有清晰的数学定义、详细的算法步骤，以及对算法的优缺点分析。例如，对于一个算法，它适用于什么类型的问题？它的收敛速度如何？它对初值的敏感度如何？是否存在陷入局部最优的风险？这些都是在实际应用中需要考虑的关键因素。我相信，一本优秀的优化技术书籍，应该能够帮助读者在理解算法原理的同时，也能批判性地认识到各种方法的适用范围和局限性。

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其次，我非常看重书名中的“MATLAB的实现”这一部分。对于我这样一个对编程和实际应用有一定需求的人来说，理论知识的学习固然重要，但如果不能转化为实际操作，那么学习的价值就会大打折扣。MATLAB作为一种强大的工程计算和编程环境，在科学研究和工程实践中有着广泛的应用。我期待这本书能够提供丰富的MATLAB代码示例，能够将书中所介绍的最优化方法，通过清晰、简洁、易于理解的MATLAB代码实现出来。这不仅能够帮助我更好地理解算法的运行机制，还能让我亲手去实践，去验证理论的有效性，甚至可以根据实际问题进行修改和拓展。想象一下，能够通过几行代码就解决一个复杂的优化问题，这是多么令人兴奋的事情！而且，MATLAB的图形化界面和丰富的工具箱，也为我们可视化优化过程、分析结果提供了极大的便利，我希望书中能充分利用这一点。

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当然，任何一门技术，尤其是像优化这样与数学紧密相关的技术，学习起来都可能充满挑战。我希望《最优化技术方法及MATLAB的实现》能够在一定程度上降低学习的门槛。这可能体现在：语言的通俗易懂，避免过多晦涩的术语；图表的辅助说明，清晰地展示算法的流程和结果；以及对MATLAB代码的详细注释，帮助读者理解每一行代码的含义。如果书中能够提供一些练习题，并且有相应的解答，那将是对读者极大的帮助。通过动手练习，我们才能真正将书本上的知识内化为自己的能力，才能在面对实际问题时，从容地选择和应用合适的优化技术。

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