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出版者:国防工业

作者:黄忠霖

出品人:

页数:497

译者:

出版时间:2006-4

价格:45.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787118044782

丛书系列:

图书标签:

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《现代控制理论基础与应用》 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代控制理论学习体验。全书紧密围绕理论构建与实际应用两大主线展开，力求在严谨的数学推导基础上，强调概念的直观理解，并最终引导读者将理论知识转化为解决实际工程问题的能力。 第一部分：系统建模与时域分析 绪论： 首先，本书将系统地介绍控制系统的基本概念、分类以及其在现代科技和社会发展中的重要作用。我们将从经典控制理论的起源讲起，逐步过渡到现代控制理论的必要性与优势，为后续内容的学习奠定坚实的理论基础。 线性定常系统的时域分析： 深入剖析线性定常系统的数学模型，包括微分方程、传递函数以及系统冲动响应等关键概念。我们将详细讲解如何通过分析系统的零极点分布、时间响应指标（如超调量、峰值时间、调节时间等）来评估系统的性能，并探讨典型输入信号（如阶跃、斜坡、脉冲信号）对系统行为的影响。特别地，本书将介绍状态空间方法的引入，阐述其在描述复杂系统和进行系统分解方面的重要作用。 稳定性分析： 稳定性是控制系统设计的首要目标。本书将系统地介绍Routh-Hurwitz稳定性判据，并深入探讨代数稳定性和Lyapunov稳定性。我们将通过详实的例证，帮助读者理解不同稳定性判据的适用范围与局限性，并分析如何通过调整系统参数来保证系统的稳定性。 第二部分：频域分析与系统设计 频率响应分析： 频域分析为理解系统的频率特性提供了强大的工具。本书将介绍Bode图、Nyquist图和Nichols图等经典图形工具，讲解如何通过这些图形直观地分析系统的幅频特性和相频特性，并解读它们与时域响应之间的内在联系。我们将重点分析系统的增益裕度和相位裕度，并阐述它们与系统稳定裕度和动态性能之间的关系。 根轨迹法： 根轨迹法作为一种重要的系统分析和设计方法，在本书中占有重要篇幅。我们将详细讲解根轨迹的绘制规则，演示如何利用根轨迹分析系统参数变化对系统极点位置的影响，以及如何据此设计控制器以获得期望的系统动态性能。 PID控制器设计： PID（比例-积分-微分）控制器是工业界最广泛应用的控制器类型。本书将深入剖析P、I、D三个环节的作用机理，并提供多种PID参数整定方法，包括经验整定法、Ziegler-Nichols方法等，以及基于频域和时域分析的系统化整定思路。 超前/滞后校正与超前-滞后联合校正： 针对系统性能不满足要求的情况，本书将介绍超前、滞后和超前-滞后校正器的设计原理和方法。我们将详细分析不同校正器对系统幅频和相频特性的影响，并指导读者如何根据系统实际需求选择合适的校正器类型和参数。 第三部分：现代控制理论与先进技术 状态空间方法及其应用： 在深入介绍状态空间表示法的基础上，本书将详细讲解可控性与可观测性理论。我们将探讨如何利用这些理论来分析系统的内在特性，并为状态反馈控制和状态观测器设计奠定基础。 状态反馈控制： 本部分将系统地介绍全状态反馈与极点配置技术。读者将学习如何设计状态反馈控制器，使得闭环系统的极点位于期望的位置，从而实现对系统动态性能的精确控制。 状态观测器设计： 对于无法直接测量系统所有状态变量的实际情况，状态观测器的设计变得至关重要。本书将介绍Luenberger观测器和最小阶观测器等多种观测器设计方法，并阐述如何将观测器与状态反馈相结合，实现间接的闭环控制。 最优控制理论简介： 为了在满足约束条件下实现最优性能，本书将引入最优控制的基本概念，包括性能指标函数、变分法以及Pontryagin最小值原理。我们将以线性二次型调节器（LQR）为例，详细讲解其设计过程和应用，为读者进一步学习更复杂的优化控制问题铺平道路。 数字控制系统基础： 随着数字技术的发展，数字控制系统已成为主流。本书将介绍数字控制系统的基本原理，包括采样定理、脉冲传递函数、离散化方法等。我们将讲解如何将连续时间控制器转化为离散时间控制器，以及数字控制系统在稳定性和性能分析方面的特点。 第四部分：系统仿真与实践 仿真技术在控制系统中的应用： 本部分将强调理论与实践的结合。虽然不直接提供软件操作指导，但本书将深入探讨各种控制系统仿真技术的重要性和必要性。读者将理解通过仿真来验证理论模型、评估控制器性能、分析系统鲁棒性以及进行故障诊断的优势。我们将讨论仿真在系统优化、参数调整以及虚拟原型设计中的作用，并为读者在后续实践操作中打下坚实的理论基础。 实际应用案例分析： 为了更好地展示现代控制理论的强大威力，本书将选取若干具有代表性的实际工程应用案例进行深入剖析。这些案例将涵盖但不限于机器人控制、飞行器导航、过程控制、电力系统稳定等领域。通过对这些案例的分析，读者将能够清晰地看到理论知识如何转化为解决复杂工程问题的实际方案，进一步激发学习兴趣，并培养解决实际问题的工程思维。 本书理论联系实际，循序渐进，力求帮助读者掌握控制系统设计的基本原理和方法，为进一步深入研究和实际工程应用打下坚实的基础。

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这本书的论证逻辑严密得像瑞士钟表，每一个论断的提出都伴随着扎实的数学推导和严谨的背景铺垫。我尤其赞赏作者在处理那些容易引起争议或存在多种流派观点的技术分支时所展现出的客观和公正。他没有偏袒任何一方，而是清晰地梳理了不同方法的优缺点、适用场景，最后才给出建议性的总结。这种批判性思维的渗透，使得读者在学习知识的同时，也在潜移默化中学会了如何独立、全面地评估一个工程方案。书中引用的文献和参考资料也相当权威和前沿，这确保了我们所学到的知识体系是站在当前技术制高点上的，而不是过时的信息堆砌。阅读它，就像是接受了一场高水平的学术辩论的洗礼，让人受益匪浅。

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与其他强调工具使用的手册相比，这本书的视野要宏大得多，它成功地将“计算”和“控制系统”这两大领域进行了深层次的哲学对话。作者不仅仅教我们如何输入指令，更重要的是教会我们“为什么”要这么输入，背后的控制论思想是什么。在某些章节，甚至涉及到了系统鲁棒性、不确定性量化等更深层次的理论探讨，这些内容极大地拓宽了我的思维边界，让我开始从更本质的角度去思考控制系统的设计哲学。这种对“道”的探讨，远超出了单纯的“术”的层面。我发现，在解决了书中的难题之后，面对全新的、未曾见过的控制挑战时，我不再感到手足无措，因为我已经掌握了解决问题的那套底层思维框架，而不是仅仅依赖于某个特定软件的某个特定函数。

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从实用操作的角度来看，这本书的价值是无可替代的。它不仅仅停留在理论的层面，而是深入到实际的工程应用。书中的每一个章节后面都紧跟着详细的步骤指导和代码示例，这些例子选取得极其贴合工业界当前的需求。我尝试跟着书中的指导搭建了一个小型自动驾驶的仿真环境，中间遇到的所有潜在“坑点”——比如参数设置错误、软件版本不兼容等——都被作者提前预见并提供了解决方案。这表明作者绝对不是一个纸上谈兵的学者，他一定是在一线实践中摸爬滚打了很久，才能总结出如此精炼、高效的操作手册。对于希望将理论知识迅速转化为生产力的工程师和研究生来说，这本书无疑是一本可以直接“开干”的行动指南，而不是一本只能陈列在书架上的理论参考书。

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这本书的叙事节奏把握得非常老道，它不像有些技术书籍那样上来就抛出晦涩的数学公式，而是采取了一种循序渐进、由浅入深的讲述策略。作者似乎非常懂得读者的“知识焦虑点”，总是在读者即将感到吃力的时候，及时插入一个通俗易懂的实际案例进行缓冲和加深理解。这种“张弛有度”的写作风格，使得阅读过程充满了探索的乐趣而非单纯的记忆负担。我发现，即便是对于那些在课堂上听得云里雾里的概念，通过书中这种精心编排的“情景代入式”讲解，也能迅速建立起清晰的认知框架。它不是简单地罗列知识点，而是在构建一个完整的知识体系，让你清晰地看到每一个定理、每一个算法是如何在这个体系中发挥作用的，这种结构感是无价的。

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这本书的插图和图表简直是教科书级别的典范，色彩运用大胆而精准，使得复杂的系统结构一目了然。我尤其欣赏作者在讲解理论概念时，总是能巧妙地结合直观的视觉辅助工具，这极大地降低了理解门槛。比如，在介绍状态空间模型时，那种三维透视图配上清晰的变量标注，让我这个初学者立刻抓住了核心思想。对于那些习惯了纯文字描述的读者来说，这本书的视觉呈现无疑是一股清流，它不仅仅是展示信息，更是一种引导思考的方式。细节处理上，连那些复杂的矩阵运算步骤，作者都用不同颜色和字体进行了区分，使得我们在追踪推导过程时，即便遇到再冗长的公式，也不会感到迷失。阅读过程中，我感觉自己仿佛不是在看一本枯燥的技术手册，而是在欣赏一幅精心绘制的工程蓝图，每一个部分都承载着精确的意义和美感。这种对视觉体验的重视，在同类书籍中是极其罕见的，也深刻体现了作者对读者学习体验的深度考量。

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