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出版者:科学出版社

作者:田玉平

出品人:

页数:483

译者:

出版时间:2006-8

价格:38.00元

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isbn号码:9787030174277

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动态系统行为的精妙架构：现代控制理论的基石 《动态系统行为的精妙架构：现代控制理论的基石》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且富于实践指导意义的现代控制理论框架。我们摒弃了传统教材中过于侧重单一分析工具的局限性，转而聚焦于如何运用一套完整的、相互关联的数学工具和工程思维，去理解、设计和优化具有复杂动态行为的系统。本书的深度和广度覆盖了从基础的系统描述到前沿的鲁棒性与最优控制设计，为理工科高年级本科生、研究生以及致力于系统工程与自动化领域的工程师提供了一份不可或缺的参考资料。 第一部分：系统建模与时域分析 本部分聚焦于如何将现实世界中的物理、化学或生物过程，转化为可供数学处理的动态模型。我们首先从经典的状态空间表示法入手，详细阐述了线性、时不变（LTI）系统的零输入响应、零状态响应以及在标准坐标系下的分解与变换。重点分析了模态分析在理解系统固有行为（如稳定性、暂态响应特性）中的核心作用。 紧接着，我们深入探讨了非线性系统的建模挑战。这包括使用李雅普诺夫法（Lyapunov Methods）进行稳定性判定，以及在特定工作点附近应用泰勒级数展开进行局部线性化处理的必要性和局限性。我们还将引入结构化建模的概念，例如如何利用电路理论中的基尔霍夫定律、机械系统中的拉格朗日方程，以及化工过程中的质量和能量守恒方程，系统地建立微分方程组模型。对于那些难以建立精确微分方程的系统，本书提供了系统辨识的基础方法，包括输入/输出数据的白噪声激励和参数估计技术。 第二部分：频域分析与经典设计方法回顾 尽管现代控制理论以时域状态空间为主导，但频域分析作为工程实践中不可或缺的工具，仍需系统回顾。本部分将传递函数视为一种特定的系统视图，详细分析了伯德图（Bode Plot）、奈奎斯特图（Nyquist Plot）在频率响应分析中的应用。 我们花费大量篇幅讲解根轨迹法，不仅仅是绘图技巧，更侧重于理解增益变化如何影响闭环极点在s平面上的位置，从而直观地关联到系统的阻尼比和自然频率。在此基础上，我们探讨了经典控制器（如PID控制器）的结构及其参数整定策略，特别是如何利用相位裕度和增益裕度来量化系统的鲁棒性。 第三部分：现代控制的核心——可控性、可观测性与状态反馈 这是全书的核心和关键转折点。我们引入了可控性（Controllability）和可观测性（Observability）这两个现代控制理论的基石概念。通过卡拉曼矩阵（Kalman Matrices）的秩分析，我们确定了一个系统是否有可能通过输入完全驱动其所有状态（可控性），以及是否有可能仅通过测量输出信号来完全推断其内部状态（可观测性）。 在确认了系统的基本属性后，我们转向状态反馈设计。本书详细推导了极点配置（Pole Placement）的数学原理，展示了如何利用Ackermann公式（或更通用的矩阵方法）精确地将闭环极点放置在s平面上期望的位置，以达到特定的瞬态性能要求。同时，针对不可观测系统，我们引入了状态观测器（State Observer）的设计，如Luenberger观测器，并结合极点配置设计了状态反馈控制器与观测器的分离原理（Separation Principle）。 第四部分：先进控制设计策略 本部分拓展至更复杂的系统要求，特别是当系统存在测量噪声或模型不确定性时。 首先，我们深入研究了最优控制理论，重点介绍LQR（Linear Quadratic Regulator）的设计。LQR通过最小化一个由状态误差平方和控制输入能量构成的二次型性能指标（代价函数），提供了设计性能最优的线性反馈控制器的系统化方法。我们详细分析了代数黎卡提方程（Algebraic Riccati Equation, ARE）的求解及其与最优反馈律的关系。 其次，针对存在测量噪声的环境，我们引入了卡尔曼滤波（Kalman Filtering）。本书不仅阐述了离散时间卡尔曼滤波器的递归估计过程，还深入分析了其基于最小均方误差（MMSE）准则的最优性。我们将卡尔曼滤波器与状态反馈控制器结合，形成了强大的LQG（Linear Quadratic Gaussian）控制系统，这是现代工业控制中最具影响力的设计范式之一。 最后，本书探讨了鲁棒控制的基础。我们引入了H-无穷范（$ ext{H}_{infty}$）控制的概念，它着眼于如何设计控制器以最小化系统对外部扰动（包括未建模动态和噪声）的最坏情况响应。虽然$ ext{H}_{infty}$控制涉及更复杂的数学工具（如三角不等式和广义Lyapunov方程），但本书旨在清晰地阐明其设计目标：在不确定性下保证性能和稳定性。 第五部分：高级主题与应用展望 本部分提供了对当代控制工程领域前沿的概览。我们讨论了非线性控制中的反馈线性化（Feedback Linearization）技术，以及在强非线性系统设计中应用更广泛的滑模控制（Sliding Mode Control, SMC），重点分析SMC在处理参数摄动和外部干扰时的固有鲁棒性，并讨论其固有的“抖振”问题及抑制方法。 此外，本书还涵盖了多输入多输出（MIMO）系统的挑战，包括解耦技术和结构化反馈的有效性。我们最后展望了智能控制与自适应控制的最新发展，强调了这些方法如何弥补纯粹基于精确数学模型的传统控制方法的不足。 本书结构严谨，逻辑清晰，配有大量的数学推导和工程实例，旨在培养读者从第一性原理出发，独立解决复杂动态系统控制问题的能力。

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总而言之，这本书为我打开了自动控制世界的大门。它不仅教授了我扎实的理论知识，更培养了我解决实际问题的能力。我敢肯定，这本书将成为我在未来学习和工作中不可或缺的参考资料。它让我对如何理解和设计复杂的动态系统有了全新的认识，也为我未来深入研究相关领域打下了坚实的基础。

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语言风格的亲切感也是我选择这本书的重要原因之一。虽然这是一本技术性很强的学术著作，但作者的笔触却十分温和，仿佛一位经验丰富的导师在耐心指导着学生。他善于运用设问句，引导读者思考，激发学习的积极性。在解释一些关键的数学推导时，作者会提前给出清晰的思路和铺垫，避免了直接抛出公式造成的突兀感。这种润物细无声的教学方式，让我感到学习的过程是愉快的，而不是充满压力的。

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我在阅读过程中，常常会发现书中提到的概念与我之前在其他领域接触过的知识有所关联，这让我感到惊喜。自动控制原理作为一门基础学科，其应用范围极其广泛，这本书也恰好印证了这一点。它不仅仅是一本关于理论的书，更是一扇通往更广阔工程世界的大门。

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阅读过程中，我特别欣赏作者在构建知识体系方面的独到之处。他并没有将各个章节割裂开来，而是巧妙地将它们串联在一起，形成一个完整的知识网络。从基本的信号系统，到各种控制器类型，再到系统稳定性分析和设计，每一步都像是攀登一座高峰，前一个台阶的知识为理解后一个台阶的内容打下了坚实的基础。尤其是在讨论PID控制器时，作者详细阐述了比例、积分和微分各自的作用，以及它们如何协同工作来优化系统性能。这种循序渐进、层层递进的学习体验，让我感到非常充实和满足。

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我对书中对系统稳定性的分析方法印象深刻。作者详细介绍了时域和频域下的稳定性判据，并结合Nyquist图、Bode图等工具进行了深入的讲解。这些分析方法不仅是理解系统行为的关键，也是设计稳定控制器的基础。通过学习这部分内容，我能够更准确地判断一个控制系统是否能够长期稳定运行，并学会如何通过调整控制器参数来改善系统的稳定性。

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书中对数学工具的应用进行了详尽的阐述，但又不会让人感到过度枯燥。作者在引入微分方程、拉普拉斯变换等数学工具时，会解释其在自动控制系统分析中的必要性和重要性，并提供直观的几何或物理意义。他并非简单地罗列公式，而是力求让读者理解公式背后的逻辑和原理。例如，在讲解拉普拉斯变换的复域分析时，作者将其与时域的系统响应联系起来，帮助读者理解复频率s的实部和虚部分别代表了系统的衰减和振荡特性。

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这本书的章节安排非常合理，逻辑链条清晰。从基础理论到应用实例，再到更高级的控制方法，都安排得井井有条。我喜欢它在介绍新的控制策略时，会先回顾和分析现有方法的局限性，然后引出新的解决方案。这种“问题-解决”的教学模式，能够有效地激发读者的探索欲，让我渴望了解更多。

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排版和插图也是这本书的一大亮点。清晰的排版使得阅读起来非常舒适，重点内容通过加粗、斜体等方式突出显示，方便读者快速抓住要点。大量的图表和示意图更是起到了画龙点睛的作用，将抽象的数学模型和系统结构可视化，极大地提升了理解效率。尤其是一些复杂的控制框图，作者通过精心的设计，使其结构清晰，符号明确，即便初学者也能轻松读懂。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的印象，简洁大方，却又不失专业感。当我第一次翻开它时，就被其中清晰的逻辑和严谨的学术风格所吸引。作者在解释复杂的概念时，总是能够用通俗易懂的语言，辅以生动形象的比喻，让原本枯燥的理论变得鲜活起来。例如，在介绍比例控制器时，作者运用了调温器调节室内温度的例子，生动地描绘了控制器如何根据当前温度与设定温度的差值来调整加热或制冷系统的输出。这种将抽象概念与生活实际相结合的讲解方式，极大地降低了学习门槛，让我这个初学者也能迅速抓住核心要义。

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这本书的案例分析部分做得非常出色。作者精选了工业自动化、机器人控制、航空航天等多个领域的典型应用场景，深入剖析了自动控制原理在其中的实际应用。通过对这些案例的研究，我不仅能够巩固书本上的理论知识，更能深刻体会到自动控制技术在现代社会中的重要性和广泛性。例如，在介绍伺服系统时，作者以工业机器人手臂的精确运动控制为例，详细讲解了如何通过反馈机制和先进的控制算法，实现对机器人动作的高精度控制，这让我对自动控制的工程实践有了更直观的认识。

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能说人话已经很难得了

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1809#专业书·自动化#整体的编排是按照系统介绍和特性分析的思路来的，好处是可以比较不同模型、判据和方法之间的异同点，坏处是容易形成一种割裂感，有些概念未及深入便已加以运用，而到后面才开始真正介绍，容易让人在当时无法很好地理解，需要不时跳回前面翻看。另外，书中也有不少细节错误，有的是公式本身就错了，有的则是印刷错误，明明是第二版了，应该要加以改正才对。本书作为入门级教材，深入浅出这一点做的不够好，但知识点覆盖的范围还是够的，至少对生活和工程中控制系统的应用有了一定了解。已经细读了一遍，正在重读第二遍，还要再按照目录总括第三遍，希望复试能考出好成绩！加油！

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讲道理这是大三最好的一本书了，东南还是有人才的

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讲道理这是大三最好的一本书了，东南还是有人才的

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马勒戈壁…