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出版者:中国水利水电出版社

作者:彭学锋

出品人:

页数:307

译者:

出版时间:2006-4

价格:28.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787508437187

丛书系列:

图书标签:

• 航天
• 自动控制原理
• 控制系统
• 实践教学
• 教程
• 自动化
• 电路分析
• MATLAB
• Simulink
• 控制工程
• 实验指导

《现代控制理论基础与应用》 本书旨在为读者提供一个扎实的现代控制理论知识体系，并引导读者将其应用于实际工程问题。我们深入探讨了状态空间方法、最优控制、鲁棒控制、自适应控制以及模糊和神经网络控制等前沿领域，力求将抽象的数学概念与具体的工程实践紧密结合。 核心内容与章节概览： 第一部分：系统建模与分析 绪论： 介绍控制系统的基本概念、发展历程以及现代控制理论的重要性。我们将从一个宏观的视角审视控制系统在各个领域的广泛应用，为后续的学习奠定基础。 线性系统的状态空间描述： 详细阐述连续时间和离散时间线性时不变系统的状态空间方程表示法。我们将讲解如何从物理系统方程推导出状态空间模型，以及不同状态变量的选择对系统分析和控制器设计的影响。内容包括系统矩阵、输入矩阵、输出矩阵以及直接项矩阵的定义与意义。 线性系统的时域分析： 深入分析系统的瞬态响应和稳态响应。我们将研究单位阶跃响应、脉冲响应等典型输入下的系统行为，并探讨系统阶跃响应的主要性能指标，如超调量、调节时间、上升时间等，以及它们与系统极点位置的关系。 线性系统的频域分析： 介绍频率响应的概念及其在系统分析中的应用。我们将分析系统的幅频特性和相频特性，理解伯德图、奈奎斯特图和尼科尔斯图的绘制与解读，并深入研究系统的稳定裕度和动态性能指标，如带宽、截止频率等。 线性系统的根轨迹分析： 讲解根轨迹的绘制方法及其在分析系统稳定性与动态性能中的作用。我们将详细介绍根轨迹的基本定律，如何利用根轨迹法来确定系统参数对系统性能的影响，并初步探讨如何通过调整控制器参数来改善系统性能。 系统稳定性分析： 严格论述稳定性问题的数学描述与判定方法。我们将涵盖Routh-Hurwitz判据、Lyapunov稳定性理论，并深入分析渐近稳定性、指数稳定性以及李雅普诺夫第二方法的应用，理解其在判断非线性系统稳定性时的强大能力。 第二部分：状态反馈控制与观测器设计 状态反馈控制： 核心章节之一，详细介绍如何利用状态反馈来设计控制器，以达到期望的系统性能。我们将深入探讨极点配置（Pole Placement）技术，包括单重极点和重极点的配置方法，以及控制系统的能控性概念，它是实现极点配置的前提条件。 状态观测器的设计： 针对状态变量不易测量的情况，我们将介绍状态观测器的设计原理和方法。内容包括最小阶观测器和标准型观测器的设计，以及观测器收敛速度的分析。我们将重点阐述观测器在实现全状态反馈控制中的关键作用，即使系统状态无法直接获取。 线性二次型调节器（LQR）： 介绍最优控制理论中的经典方法——LQR。我们将讲解如何根据性能指标函数（二次型目标函数）来设计最优状态反馈控制器，以及Riccati方程的求解方法。LQR方法在确保系统稳定性和最优性能方面具有显著优势。 状态反馈与观测器的综合应用： 将状态反馈控制器与状态观测器相结合，构成闭环控制系统。我们将分析复合控制系统的稳定性和性能，并讨论观测器误差对系统性能的影响。 第三部分：现代控制理论进阶与应用 数字控制系统： 探讨离散时间系统的分析与设计。我们将讲解从连续时间系统到离散时间系统的转换方法（如零阶保持器），以及离散时间系统的时域、频域分析和稳定性判据。 最优控制理论： 扩展最优控制的概念，引入Pontryagin最大值原理，用于求解更广泛的最优控制问题。我们将分析最优控制的必要条件，并研究其在解决复杂工程问题中的应用。 鲁棒控制： 关注系统在模型不确定性或外部干扰存在下的性能保持问题。我们将介绍鲁棒稳定性、鲁棒性能的概念，以及H_∞控制、μ-综合等鲁棒控制设计方法，旨在提高系统的抗干扰能力和可靠性。 自适应控制： 针对系统参数时变或未知的情况，介绍自适应控制器的设计原理。我们将研究直接自适应控制和间接自适应控制方法，以及它们在解决实际工程问题中的应用，如飞行器姿态控制、机器人控制等。 模糊控制与神经网络控制： 引入人工智能技术在控制领域的应用。我们将讲解模糊逻辑控制器的设计思路，如何利用模糊规则实现对复杂非线性系统的控制。同时，我们将介绍神经网络在系统建模、辨识和控制中的应用，以及如何利用神经网络逼近复杂非线性函数。 特色与亮点： 理论与实践并重： 本书在阐述理论概念的同时，注重引导读者思考实际工程中的应用。我们将通过丰富的实例分析，帮助读者理解理论的工程意义。 数学工具的引入： 适当地引入必要的数学工具，如线性代数、微分方程、复变函数等，为读者理解控制理论提供支持。 系统化的知识体系： 章节之间逻辑清晰，层层递进，帮助读者建立完整的现代控制理论知识框架。 强调理解而非死记硬背： 我们力求通过深入浅出的讲解，帮助读者真正理解控制系统的原理，而非仅仅记忆公式。 适用对象： 本书适合机械、电气、自动化、航空航天、计算机等相关专业的高年级本科生、研究生，以及从事控制系统设计、开发和研究的工程技术人员。 通过学习本书，读者将能够： 掌握现代控制理论的核心概念和分析方法。 能够独立完成线性系统的建模、分析与设计。 理解并掌握状态反馈、观测器、LQR等经典控制器的设计。 初步接触并理解鲁棒控制、自适应控制、模糊控制和神经网络控制等前沿控制技术。 能够将所学知识应用于解决实际工程控制问题。 本书旨在成为读者探索自动控制世界的一扇窗户，激发读者对控制工程的兴趣，并为未来更深入的学习和研究打下坚实的基础。

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这本书的封面设计挺抓人眼球的，那种硬核的机械感和现代科技的线条交织在一起，一看就知道是本技术含量比较高的书。我最近在整理我的专业书架，发现很多以前买的控制理论教材都偏向于理论推导和数学公式的堆砌，读起来枯燥乏味，真正想动手实践的时候，总感觉缺了那么一层“桥梁”。我希望这本书能填补这个空白，毕竟“实践”二字在书名里可是非常醒目的承诺。我特别关注它在**系统建模**和**仿真分析**这块的讲解深度，是停留在基础的传递函数和状态空间描述，还是能深入到非线性系统和实际工业对象的复杂建模。如果能结合一些前沿的工具箱，比如MATLAB/Simulink中高级模块的应用，那就更完美了。我还期待看到一些真实的工程案例分析，比如机器人关节的控制、无人机姿态的稳定，能看到理论是如何一步步转化为可运行的代码和实际效果的，而不是纯粹的数学证明，那样学习的动力会大很多。希望作者在代码实现上也能给出清晰的注释和讲解，让初学者也能快速上手，而不是对着一堆陌生的函数感到无从下手。

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这本书的装帧和印刷质量给我留下了深刻印象，纸张的质感很好，文字清晰锐利，即便是长时间阅读，眼睛也不容易感到疲劳。这在技术书籍中非常重要，因为很多时候我们需要反复查阅其中的公式和图表。我特别喜欢作者在章节末尾设置的**“拓展阅读推荐”**，这表明作者的视野并不仅限于书本本身，而是希望读者能够沿着这条知识链条继续探索更深奥的领域。这种引导读者自我学习的能力，是优秀教材的标志之一。总而言之，这本书给我的感觉是：它不是一本用来“应付考试”的死记硬背材料，而是一本真正旨在培养读者**工程思维和动手能力**的工具书。它的深度和广度似乎找到了一个极佳的平衡点，既保证了理论基础的扎实，又强调了与工程实践的紧密结合，让人充满信心去挑战复杂的控制问题。

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坦白说，我对市面上很多“实践教程”都持保留意见，因为它们往往把“实践”等同于“照搬代码”，而没有教会读者背后的**设计思想和权衡取舍**。我希望这本书能真正做到“授人以渔”。例如，在设计控制器时，我非常期待看到关于**鲁棒性、性能指标与硬件资源限制**之间的权衡分析。一个好的控制工程师，不仅要知道如何让系统“跑起来”，更要知道在各种外部扰动和模型不确定性下，如何保证系统的稳定性和性能指标。这本书是否能深入探讨参数整定中的各种“潜规则”，而不是只给出教科书式的最优解？比如，当采样周期变化对闭环系统动态产生的影响，或者当传感器噪声较大时，应该如何选择滤波器的类型和参数。如果能加入一些“陷阱”和“常见错误”的分析，会是极大的加分项，因为这些经验教训往往比标准步骤更宝贵，它们能帮助我们避免在实际工程中走弯路。

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从内容覆盖的广度来看，这本书似乎不满足于停留在传统的线性时不变系统。我注意到目录中提到了**数字控制系统**的实现细节，这一点非常关键，因为现在所有的工程应用几乎都是基于离散时间的。我希望看到如何从连续时间系统精确地离散化，以及**Z变换**在实际应用中的具体操作技巧，包括如何处理零阶保持器的影响。更进一步，如果能触及一些现代控制理论的工程应用，比如**最优控制（LQR）**的基本设计流程，哪怕只是入门级的介绍，都会让这本书的价值瞬间提升一个档次。现代控制理论在处理多输入多输出（MIMO）系统时展现出巨大优势，而传统的PID控制往往力不从心。如果这本书能清晰地对比这些不同控制策略在解决实际问题时的适用范围和优缺点，那么它就不只是一本入门读物，更是一本可以指导我们进行**方法论选择**的参考手册。

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这本书的排版和细节处理上看得出来是用心了的。我翻了目录，章节间的逻辑衔接非常流畅，从基础的反馈控制系统建立，到各种经典控制器的设计（PID、超前滞后补偿），再到现代控制理论的基础，脉络清晰，像是一条精心铺设的轨道，引导读者稳步前行。我尤其欣赏那些穿插在正文中的**“实验指导”**小节，它们没有像其他教材那样把实验环节割裂开来，而是直接嵌入到理论讲解之后，形成了“讲完理论马上做验证”的即时反馈机制。这种设计对于理解抽象概念至关重要，比如当你通过公式计算出一个补偿器的参数后，立刻在Simulink里跑一遍看看波特图和时域响应的变化，那种“豁然开朗”的感觉是纯理论学习无法比拟的。此外，书中的图表质量非常高，曲线清晰，坐标轴标注规范，这在阅读过程中大大减少了视觉疲劳，也避免了对关键信息的误判。这种对细节的关注，往往体现了作者对教学质量的最高追求。

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