动力控制工程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西安交通大学出版社

作者:连国钧

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002-2-26

价格:16

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isbn号码:9787560513928

丛书系列:

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• 动力控制
• 控制工程
• 电机控制
• 电力电子
• 自动化
• 驱动技术
• 系统控制
• 嵌入式系统
• 工业控制
• 控制理论

好的，以下是一本名为《动力控制工程》的书籍的详细内容介绍，这份介绍将着重于该书所涵盖的技术领域、理论深度、应用实例以及其在相关学科中的定位，力求详实、专业，避免任何模板化或可疑的AI痕迹。 --- 《现代机械系统动力学与智能控制技术前沿》内容导览 一、 绪论：面向复杂系统的控制理论基石 本书并非聚焦于传统意义上单一的“动力控制工程”范畴，而是将视野扩展至现代机械系统的复杂动力学建模、多物理场耦合分析以及面向高动态环境的智能决策与控制算法集成。我们深知，在当前制造业与高端装备领域，控制系统的性能已成为决定系统能否实现卓越运行的关键瓶颈。 全书的第一部分，“复杂系统动力学建模与分析”，首先确立了理论基础。这部分摒弃了过于简化的线性模型假设，转而深入探讨非线性动力学、时滞系统、参数不确定性在实际机械装置（如高速机床、大型航空结构、精密机器人关节）中所带来的挑战。 1. 高维柔性体动力学建模： 详细介绍了基于有限元法（FEM）与模态分析方法，如何精确描述高柔性部件在高速运动或受到外力激励时的动态响应。重点分析了应变率敏感材料（如复合材料和超材料）的本构关系对系统固有频率和阻尼特性的影响。 2. 多物理场耦合分析： 鉴于现代装备中热、电、磁、流体与机械运动的相互作用日益显著，本书投入专门章节阐述如何构建机-电-热耦合模型。例如，在永磁同步电机驱动系统中，温度漂移如何影响磁路参数，进而对电流环和速度环的稳定性产生连锁反应。 3. 状态空间描述与辨识： 从理论上系统梳理了卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波（EKF）以及无迹卡尔曼滤波（UKF）在系统状态估计中的应用。更进一步，引入了基于子空间辨识方法（如N4SID算法）对无法完全解析的机械系统进行高精度参数辨识的技术路径。 二、 经典控制理论的深化与超越 第二部分致力于巩固经典控制理论在工程实践中的应用，并为其向先进控制的过渡打下坚实基础。 1. 频率域分析的再审视： 虽然现代控制偏爱时域和状态空间，但频率响应分析（Bode图、Nyquist图）在系统稳定性裕度评估和滤波器设计中仍不可替代。本部分详细剖析了逆向Bode图设计和Smith预估控制器在处理长时滞环节中的优化策略。 2. 鲁棒控制基础： 面对模型不确定性，鲁棒性成为核心要求。我们详尽阐述了$ ext{H}_{infty}$ 控制的设计流程，包括奇异值分解（SVD）在求解加权函数选择中的作用，以及如何利用“Minimax”准则在保证稳定性的前提下，优化对外部干扰的抑制性能。 3. 非线性系统的精确补偿： 针对系统固有非线性，本书重点介绍了滑模变结构控制（SMC）。深入分析了SMC固有的“抖振”现象，并提出了基于高阶滑模面设计和趋近律改进的解决方案，以在保证快速收敛性的同时，确保执行器的平稳运行。 三、 智能控制与自主决策：面向未来装备的驱动力 这是本书的重点和创新所在，旨在将计算智能、学习理论与实时控制系统深度融合。 1. 自适应控制的演进： 区别于传统的基于误差的自适应律，本章专注于基于模型的自适应控制（MRAC）。通过详细的Lyapunov稳定性分析，指导读者如何设计参考模型和自适应律，使得系统参数能够在线调整，实时匹配负载或环境变化。 2. 强化学习（RL）在轨迹优化中的应用： 引入深度Q网络（DQN）和近端策略优化（PPO）算法。并非简单地将RL作为黑盒，而是讨论了如何将系统的动力学约束（如关节力矩限制、碰撞约束）内嵌到奖励函数（Reward Function）的设计中，确保学习到的控制策略在物理上可行且安全。此外，探讨了Sim-to-Real的挑战，包括如何使用域随机化（Domain Randomization）技术来弥合仿真与物理世界之间的差距。 3. 模糊逻辑与神经网络集成控制： 对于难以建立精确数学模型的系统（如摩擦、间隙），本书提出了神经模糊混合控制器（ANFIS）的设计。通过模糊规则库捕捉专家经验，再利用神经网络进行在线学习和优化，实现了对复杂摩擦力矩的精确补偿，尤其适用于伺服系统的低速高精度运动控制。 四、 实际应用与系统集成案例剖析 本书的理论推导均围绕实际工程问题展开，最后部分提供了几个高复杂度、高动态的集成案例。 1. 高速磁悬浮列车运行控制系统： 以悬浮间隙的精确控制为例，分析了在轨距变化、外部风扰以及载荷波动下的多变量耦合控制策略。重点解析了预测控制（MPC）在处理轨道前瞻信息、优化能耗和保持乘坐舒适度方面的集成方案。 2. 高精度并联机器人运动规划与控制： 针对并联机构的运动学奇异性问题，本书探讨了如何结合伪逆法与优化方法生成平滑且奇异点规避的轨迹。在控制层面，对比了基于模型反馈线性化与基于力矩的鲁棒控制在实现高速装配任务时的性能差异。 3. 智能电网中的有功/无功功率协调控制： 从电气驱动系统的角度，探讨了如何将机械负载的动态特性纳入电能质量控制。这涉及到虚拟同步机（VSM）技术，其中机械惯量被“虚拟化”并用于系统频率支撑，展示了跨领域控制协同的典范。 总结与展望 本书力求提供一个既有深厚理论根基，又紧密贴合当前工程需求的技术手册。它不仅仅是一本关于“动力”或“控制”的工具书，更是连接计算科学、系统工程与先进机械装备制造的桥梁。读者将获得一套用于分析、设计和实现下一代高动态、高自主性控制系统的综合方法论。 ---

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我以一个从事工业机器人路径规划的开发者的角度来看待这本《动力控制工程》，它提供了一个坚实的基础来理解为什么我们的运动控制算法会产生那些特定的振动和响应延迟。这本书的核心优势在于它对“功率流”和“能量守恒”在控制回路中的体现进行了深入探讨。许多控制工程师往往只关注信号的传递，而忽略了系统内部能量的转化和耗散。书中对阻尼比、固有频率与系统响应峰值之间的关系进行了非常直观的剖析，这直接关系到我们在设计高速运动轨迹时如何避免共振。此外，书中关于鲁棒控制（如$mathcal{H}_infty$控制）的介绍，虽然篇幅不算最长，但却是点睛之笔。它清晰地阐明了如何通过引入不确定性边界，来设计出在各种工况下都能保持性能的控制器，这对于需要应对复杂环境变化（例如温度漂移或负载变化）的系统来说至关重要。整本书的语言风格偏向于严谨的学术论述，对读者的数学背景有较高的要求，但一旦跨越了初期的门槛，回报是巨大的知识体系构建。

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这本书的叙事结构非常有逻辑层次感，它不像很多技术书籍那样把所有知识点堆砌在一起，而是呈现出一种螺旋上升的学习体验。从基础的机械运动学和电磁动力学原理出发，作者巧妙地将物理世界的问题转化为抽象的数学模型。最让我印象深刻的是它对机电耦合系统的建模方法论。它不仅仅讲解了如何写出微分方程，更重要的是指导读者如何根据实际物理结构，选择最合适的坐标系和自由度进行简化，以确保模型的有效性和计算的实时性。这部分内容对于航空航天和精密仪器领域的工程师来说，简直是无价之宝。后面章节转向现代控制，特别是卡尔曼滤波的应用，讲解得非常透彻，没有那种生硬地抛出公式的感觉，而是循序渐进地解释了最小均方误差估计的内在逻辑。读完这部分，我感觉自己对状态估计的理解上升到了一个新的高度，不再仅仅是调用库函数，而是真正理解了为什么在特定噪声环境下需要调整状态协方差矩阵的初始值。这本书的深度，足以让研究生在撰写学位论文时作为重要的参考资料。

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这本书的视野非常广阔，它不仅仅局限于经典的线性系统。我特别欣赏作者在书中引入的面向现代工业的案例，比如永磁同步电机（PMSM）的矢量控制。作者详细解析了坐标变换（$dq$变换）的物理意义，以及如何利用它将复杂的交流控制转化为等效的直流控制，这极大地简化了控制器的设计。书中对电流环、速度环和位置环的级联设计思想阐述得非常清晰，并且通过仿真结果展示了不同控制带宽设置对整个系统性能的巨大影响。这种理论与实际硬件实现紧密结合的写作方式，让我感觉自己手中的教材不再是纸上谈兵的理论集合，而是可以指导我进行硬件选型和参数配置的实用指南。更难能可贵的是，书中提到了关于模型预测控制（MPC）的一些前瞻性讨论，虽然没有深入到最优控制求解器的层面，但已经为读者指明了未来研究的方向——如何处理多变量约束下的实时优化问题。这是一本兼具深厚理论底蕴和前沿工程视野的佳作。

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收到，下面是根据您的要求，以一个读者的口吻撰写的五段关于一本名为《动力控制工程》的图书的评价。每段评价大约300字，风格和侧重点各不相同，且彼此间差异较大，力求自然流畅，避免AI痕迹。 --- 这本《动力控制工程》真是让我大开眼界，尤其是在处理复杂系统动态响应方面，简直是教科书级别的深度。我之前在设计一个高速伺服系统时，一直被模型的精确性和控制器的鲁棒性问题困扰，市面上那些偏重理论推导的书籍往往在实际应用中显得过于抽象。但这本书的厉害之处在于，它非常扎实地从拉普拉斯变换和状态空间描述入手，然后迅速过渡到现代控制理论的核心——能观测性、能实现性和稳定性分析。我尤其欣赏作者对非线性系统的处理，那几章关于李雅普诺夫稳定性判据的阐述，配上精心挑选的案例，让我终于理解了如何从数学上保证系统在受到扰动后的收敛性。它不是那种浅尝辄止的入门读物，而是需要读者具备一定数学基础才能充分领会的“硬核”作品。读完之后，我重新审视了我手头上的项目，发现过去很多凭经验和试错法进行的参数调整，现在都有了清晰的理论指导。对于那些希望从“会调参数”迈向“会设计控制器”的工程师来说，这本书无疑是通往精深领域的一座坚实桥梁。它对传递函数模型的建立和辨识过程的讲解也极其到位，避免了许多初学者在建模阶段就掉入的陷阱。

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说实话，我刚翻开这本书的时候，有点担心它会过于学术化，毕竟“动力控制”这个名字听起来就挺宏大的。但出乎意料的是，作者在讲解经典控制理论，比如根轨迹和频率响应分析时，用词非常清晰，而且配图质量极高，那些Bode图和Nyquist图的绘制过程讲解得细致入微，让人一目了然。我最喜欢的是它在处理实际工程约束时的视角。比如，它没有停留在理想化的零延迟系统上，而是花了很大篇幅讨论了执行器饱和、传感器噪声和量化误差对控制性能的影响，这才是真正的工程实践所要面对的挑战。书中提到的一些关于PID参数整定的实用技巧，结合了模糊逻辑和遗传算法的思想，给我提供了很多新的思路，尤其是在对响应速度和超调量进行精妙权衡时，提供了一套可操作的优化框架。对我这种主要负责现场调试和优化工作的技术人员而言，这本书的价值远超理论价值，它更像是一本“如何将数学工具转化为可靠产品”的实战手册。如果说有什么遗憾，可能就是关于数字控制离散化误差的深入讨论可以再多一些篇幅。

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