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出版者:第1版 (2006年10月1日)

作者:龚妙昆

出品人:

页数:234

译者:

出版时间:2006-10

价格:12.00

装帧:平装

isbn号码:9787561748619

丛书系列:

图书标签:

• 控制理论
• 现代控制
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• 系统分析

《非线性系统动力学与控制：理论、分析与前沿进展》 ——深入探索复杂系统行为与前沿控制策略的权威指南 本书简介 在当代工程、物理、生物和经济等诸多领域中，绝大多数实际系统都表现出显著的非线性特征。这些系统不仅在动态行为上远比线性系统复杂，而且其分析与控制也构成了控制理论研究的核心挑战。《非线性系统动力学与控制：理论、分析与前沿进展》正是为系统性地阐述非线性系统从基本理论、分析方法到最新控制策略而精心撰写的一部深度专著。本书旨在为研究生、科研人员以及从事复杂系统设计与控制的高级工程师提供一套严谨、全面且具有实践指导意义的知识体系。 本书的编写秉持着从基础概念到尖端研究的渐进式结构，确保读者能够稳固地建立起对非线性现象的深刻理解。我们避开了对基础线性系统理论的冗余叙述，而是将全部篇幅聚焦于非线性特有的复杂性及其应对之道。 --- 第一部分：非线性系统的基础理论与定性分析 本部分为全书的理论基石，侧重于理解非线性系统在没有精确解析解情况下的内在行为模式。 第一章：非线性动力学的基本要素 本章详细介绍了相空间的概念、向量场、奇点（平衡点）的分类与稳定性判据。重点阐述了线性化方法的局限性，并引入了李雅普诺夫意义下的稳定性定义——一致渐近稳定、有界性和总体稳定性。此外，还深入探讨了极限环（Limit Cycles）的存在性、稳定性及其对系统扰动的敏感性。 第二章：拓扑方法与保守系统 本章引入了微分拓扑学在分析低维非线性系统中的应用。内容涵盖了哈密顿系统（Hamiltonian Systems）的基本结构，包括相轨迹的辛结构保持性。我们详细分析了保守系统中的特殊结构，如鞍点、中心点以及周期性解的存在条件，为理解能量守恒或耗散系统中的复杂行为打下基础。 第三章：奇异摄动与慢-快动力学 许多实际系统（如化学反应器、电路系统）天然具有时间尺度的巨大差异，形成了奇异摄动（Singular Perturbation）问题。本章系统介绍了奇摄动系统的约化方法，包括层流（Layered Flow）的分析，以及如何通过快/慢流形来简化高维复杂模型，从而揭示系统内在的快速瞬态过程和慢速演化行为。 第四章：多尺度分析与平均法 对于存在周期性激励或慢变参数的系统，直接求解微分方程极为困难。本章重点介绍了平均法（Method of Averaging）和庞加莱-林德斯泰德（Poincaré-Lindstedt）方法。通过这些工具，读者可以有效地分离系统中的快速振荡分量，并解析出系统在慢时间尺度上的近似行为，尤其适用于研究受微小周期性扰动影响的系统。 --- 第二部分：定性分析的高级工具与混沌理论 理解非线性系统的长期行为，特别是其对初始条件的敏感性，是本部分的核心。 第五章：李雅普诺夫函数构造与稳定性分析 本章将李雅普诺夫理论提升到更实用的高度。除了直接法外，本章系统介绍了间接法、拉萨尔不变集原理（LaSalle's Invariance Principle），该原理在处理系统耗散能量而非完全趋于平衡点的情况中具有不可替代的作用。我们提供了针对复杂非完整约束系统和时变系统的李雅普诺夫函数设计实例。 第六章：分岔理论与系统重构 分岔（Bifurcation）是系统从一种动态行为（如稳定点）转变为另一种行为（如周期解或混沌）的现象。本章详细讨论了基本的局部分岔类型，包括鞍点分岔、Hopf分岔（导出现场振荡）以及滞后现象。重点分析了全局分岔，如周期倍增（Period-Doubling）序列通往混沌的路径，并展示了如何通过改变系统参数来预测系统失稳的临界点。 第七章：混沌动力学基础 混沌系统以其确定性、对初始条件的极端敏感性（蝴蝶效应）而闻名。本章深入介绍了混沌的数学刻画：拓扑混合性、敏感依赖性。重点分析了洛伦兹吸引子（Lorenz Attractor）和罗素吸引子（Rössler Attractor）的结构。此外，本章还介绍了混沌测度，如李雅普诺夫指数谱（Lyapunov Exponent Spectrum）和豪斯多夫维数（Hausdorff Dimension），用以量化系统的复杂性。 --- 第三部分：非线性系统的精确控制设计 本部分将理论分析转化为可操作的控制算法，专注于如何利用非线性结构来设计高性能控制器。 第八章：反馈线性化与微分几何控制 反馈线性化是处理可完全线性化非线性系统的强大工具。本章详细讲解了微分形式（Differential Forms）、外导数和李括号，建立起输入-输出线性化、状态线性化的严格数学框架。讨论了系统的可反馈性和可观测性在非线性上下文中的新定义，并给出了构建状态反馈和输出反馈控制器的具体步骤。 第九章：滑模控制理论（Sliding Mode Control, SMC） 滑模控制以其对模型不确定性和外部扰动的强鲁棒性而著称。本章系统阐述了滑模控制的设计原理：定义切换流形（Sliding Surface）并确保系统轨迹最终能到达并保持在该流形上。我们详细分析了“抖振”（Chattering）现象的成因及其先进的抑制方法，如高阶滑模控制（Higher-Order SMC, HOSMC）和基于带宽的切换技术。 第十十章：反步法（Backstepping）与递归设计 反步法是设计全状态反馈线性化系统控制器的通用、系统化方法，尤其适用于严格反馈（Strictly Feedback）形式的系统。本章采用递归方式，通过对虚拟控制量的设计，逐步构建出全局渐近稳定控制器。本书提供了反步法在处理参数不确定性时的扩展形式——自适应反步法（Adaptive Backstepping）。 第十一章：神经网络与模糊逻辑在非线性控制中的应用 当系统模型完全未知或高度复杂时，基于智能方法的控制成为首选。本章探讨了径向基函数（RBF）神经网络作为通用函数逼近器在辨识与控制中的应用。同时，详细讲解了模糊逻辑系统（Fuzzy Logic Systems）作为人类专家经验的数学表达，如何构建自整定（Self-Tuning）和自适应模糊控制器，以应对参数的缓慢漂移。 --- 第四部分：前沿研究与应用展望 本部分面向未来研究方向，涵盖了当前非线性控制领域最活跃和最具挑战性的主题。 第十二章：分布式与网络化非线性控制 随着物联网和分布式传感器网络的普及，研究由多个相互连接的非线性智能体构成的复杂网络成为热点。本章聚焦于基于图论的分布式一致性（Consensus）算法，讨论了在网络延迟、通信中断和部分可观测性下的稳定性和收敛性分析。重点是设计能够抵抗网络攻击的鲁棒性控制协议。 第十三章：最优控制与模型预测控制（MPC） 最优控制目标是在满足系统动态约束的同时，最小化某个性能指标。本章首先复习了哈密顿-雅可比-贝尔曼（HJB）方程在非线性系统中的应用。随后，系统讲解了模型预测控制（MPC）框架，它通过在线优化，利用系统的非线性模型预测未来行为并计算控制输入，是实现复杂约束优化控制的主流方法。 第十四章：鲁棒性与不确定性处理 在实际应用中，模型误差、传感器噪声和外部干扰是不可避免的。本章深入探讨了$H_{infty}$控制理论在非线性系统中的推广。通过引入增益调度（Gain Scheduling）和基于李雅普诺夫泛函的鲁棒稳定性分析，为设计能够在恶劣工况下保持性能的控制器提供严格的数学保证。 --- 总结与读者对象 本书内容深度和广度兼备，不仅严谨地阐述了非线性系统分析的经典工具，更紧密跟踪了滑模控制、反步法和智能控制的前沿发展。它适合于控制工程、自动化、航空航天、电子信息等专业的硕士和博士研究生，以及在高级控制算法研发和系统集成方面工作的工程师和研究学者。阅读本书后，读者将具备对复杂系统进行数学建模、精确分析其动力学特性、并设计出高性能、高鲁棒性控制器的专业能力。 ---

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这本书在参考文献和相关资料的引用方面也做得相当不错。我注意到书中在每个章节的末尾都列出了相关的参考文献，这对于想要深入了解某个话题的读者来说非常有价值。能够知道这些理论和方法的来源，以及有哪些更权威、更详细的书籍可以参考，对于我的进一步学习非常有帮助。我希望这些参考文献是比较前沿和经典的，能够引导我进入更广阔的学术领域。此外，如果书中还能提供一些相关的网站链接、开源软件或者仿真工具的介绍，那就更贴心了。这些补充信息能够帮助我将书本上的知识应用到实际中去，并且能够接触到更多最新的研究成果。一个优秀的教程，不仅仅在于它本身的内容，更在于它能够为读者打开一扇通往更广阔知识世界的大门。我希望这本书能够做到这一点，成为我学术道路上的一个良好起点。

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这本《现代控制引论教程》的排版和字体选择也给我留下了深刻的印象。在翻阅过程中，我注意到它的字体大小适中，既不会因为太小而费眼，也不会因为太大而显得页数虚高。行距也设置得恰到好处，使得每一行文字之间都有足够的空间，不会挤在一起，大大提高了阅读的舒适度。我特别欣赏书中对于公式的排版，所有的数学公式都清晰地居中显示，并且使用了标准的数学符号和格式，这对于理解复杂的数学推导至关重要。公式的编号也很规范，方便在正文中进行引用和查阅。此外，书中穿插的图表，无论是系统框图、信号波形图还是相平面图，都绘制得非常精美，线条清晰，比例协调，而且都配有详细的图题和必要的文字说明，使得抽象的概念能够以直观的方式呈现出来。我注意到有些图表还使用了不同的颜色来区分不同的信号或者系统组件，这在一定程度上增加了图表的可读性和信息量。整体而言，这本书的排版设计体现了一种严谨认真的态度，能够让人在阅读过程中保持专注，减少因排版不佳而产生的干扰。这对于一本技术类的教程来说，是非常重要的。

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这本书的语言风格和表达方式也给我留下了深刻的印象。我希望作者能够用一种清晰、准确、易于理解的语言来阐述复杂的概念，避免使用过于晦涩难懂的专业术语，或者在必要时对术语进行详细的解释。我希望书中能够注重逻辑性和连贯性，使得读者能够顺畅地跟随作者的思路进行学习。我个人偏好那种既有深度又不失可读性的讲解风格，能够让我在学习知识的同时，也能感受到阅读的乐趣。如果书中能够穿插一些生动形象的比喻或者类比，来解释抽象的概念，那就更能帮助我理解了。我希望作者在描述数学推导时，能够清晰地列出每一步的依据和过程，并且对关键步骤进行重点强调。一个好的语言表达，能够极大地提升学习效率和效果。

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我之前接触过一些控制理论相关的资料，感觉很多都过于晦涩难懂，要么就是过于偏向某个具体的应用领域，缺乏系统性的讲解。这本书的标题“现代控制引论教程”，让我看到了希望。我尤其期待它能提供一个清晰的知识体系框架，能够让我从基础的概念开始，逐步建立起对现代控制理论的整体认知。我希望它能涵盖诸如系统建模、状态空间分析、稳定性理论、反馈控制设计等核心内容，并且能够用一种相对易懂的方式来解释这些复杂的概念。我希望它不仅仅是罗列公式和定理，更能结合一些实际的例子或者图示来辅助理解，这样能够帮助我更好地将理论与实践联系起来。我对于书中是否包含一些经典控制器的设计方法，比如PID控制器，以及更现代的控制策略，比如最优控制、鲁棒控制等，也充满了期待。如果它还能涉及一些非线性控制或者自适应控制的基础知识，那对我来说就更锦上添花了。我希望这本书的讲解风格是循序渐进的，逻辑清晰，语言简洁，不会使用过多不必要的术语，或者对术语进行详细的解释。作为一个初学者，我非常需要一本能够带我入门，并且能够让我感受到控制理论的魅力所在的书籍。

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我个人对书中关于控制系统设计方法的具体讲解非常感兴趣。我希望它能够提供一些系统性的设计流程和步骤，能够让我清晰地知道如何从一个实际问题出发，经过建模、分析，最终设计出一个满足要求的控制器。我希望书中能够详细介绍不同类型的控制器，比如PID控制器、状态反馈控制器、观测器设计等等，并且能够解释它们各自的优缺点以及适用场景。我尤其期待能够看到一些关于鲁棒控制和自适应控制的设计方法，因为在实际工程中，系统往往会受到各种不确定性和干扰的影响，这些先进的控制方法能够提供更好的解决方案。我希望书中的讲解能够由浅入深，先从简单的系统和控制器开始，然后逐步过渡到更复杂的场景。如果书中能够提供一些具体的参数整定方法和调优技巧，那就更能帮助我解决实际问题了。

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总而言之，《现代控制引论教程》这本书给我的整体感觉是专业、严谨且具有启发性。从封面设计到内容结构，再到排版细节，都透露出一种精心打磨的品质。我期待这本书能够为我打开现代控制理论的大门，让我能够系统地学习和理解这一重要领域。我希望通过阅读这本书，我不仅能掌握必要的理论知识，还能培养起解决实际工程问题的能力，并且激发我对控制工程更深层次的探索兴趣。这本书将是我学习旅程中的一份宝贵财富，我迫不及待地想要深入其中，去探索那充满智慧和挑战的控制世界。我相信，它会成为我学习道路上的一个重要里程碑，引领我走向更广阔的知识海洋。

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这本书的章节安排和逻辑结构也让我很感兴趣。我初步浏览了一下目录，感觉它似乎是从最基础的概念开始，逐步深入到更复杂的控制理论和方法。我希望它能够按照一种清晰的逻辑顺序来展开，比如先介绍什么是控制系统，然后是系统的建模方法，接着是系统的分析，最后是控制器的设计和实现。我特别期待它在每个章节结束时，都能有相应的习题或者思考题，能够帮助我巩固所学的知识，并且能够检验我的理解程度。如果这些习题包含了一些需要编程实现的题目，那就更好了，因为控制理论往往需要通过计算机仿真来验证。我希望这本书的语言风格是严谨而又生动的，能够让我在学习知识的同时，也能感受到学习的乐趣。我希望它的讲解方式不会过于枯燥，能够通过一些类比或者生动有趣的例子来解释抽象的概念。对于初学者来说，一个良好的逻辑结构和清晰的讲解方式是至关重要的，它能够帮助我建立起正确的知识体系，并且避免走弯路。

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这本书的作者阵容也让我倍感期待。如果作者是该领域内有丰富教学和研究经验的专家，那么这本书的内容质量和权威性自然会更有保障。我希望作者能够将自己多年的知识积累和教学心得都融汇在这本书中，用最简洁、最清晰的方式将复杂的控制理论传达给读者。我个人偏好由一位或几位对同一领域有深入研究的作者共同完成的作品，这样能够保证内容的连贯性和专业性。我希望作者在撰写过程中，能够站在初学者的角度，充分考虑到读者可能遇到的难点和疑问，并加以解答。我希望书中能够体现作者对现代控制理论的深刻理解和独到见解，而不是简单地堆砌知识点。作者的教学经验也会体现在对重点、难点的把握上，能够引导读者高效地学习。如果书中还能提到一些作者在研究或教学过程中遇到的有趣的故事或者心得体会，那就更有人情味了，也能增加阅读的趣味性。

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我特别关注书中对于实际工程应用的案例分析。理论知识固然重要，但如果能够看到这些理论是如何在实际工程中得到应用的，对我来说会更有启发性。我希望这本书能够包含一些来自不同领域的控制系统实例，比如机器人控制、航空航天、电力系统、或者工业自动化等。我期待看到书中能够详细介绍这些案例是如何进行建模、分析和设计的，以及在实际应用中遇到的问题和解决方案。如果能有一些仿真结果或者实验数据的展示，那就更好了。通过这些具体的案例，我不仅能更好地理解抽象的控制理论，还能从中学习到解决实际工程问题的思路和方法。我希望这些案例的难度适中，能够与教程中的理论讲解相匹配，既不会过于简单而缺乏参考价值，也不会过于复杂而让初学者望而却步。一个好的案例分析，能够将书本上的知识“活起来”，让我明白学习这些理论究竟有什么意义和价值。我渴望通过这些内容，看到控制工程的魅力所在，也能为我未来可能的学习和工作方向提供一些指引。

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这本书的封面设计倒是挺吸引人的，简约而又不失专业感，书名“现代控制引论教程”几个字选用了一种比较沉稳的字体，颜色搭配也很和谐。我第一时间是被它硬挺的书脊吸引，感觉装帧质量应该不错，拿在手里有一定的分量，但又不会觉得笨重。封面的背景色是那种淡淡的蓝色，隐约能看到一些复杂的数学公式和信号波形，这些元素巧妙地融合在一起，让人立刻感受到这是一本偏向理论和技术类书籍。我作为一个对控制理论一直充满好奇但又稍感畏惧的初学者，看到这样的封面，会觉得它传递出一种“入门但不失严谨”的信号，仿佛在告诉我，虽然内容会有些深度，但它会循序渐进地引导我。我尤其喜欢封面右下角那块留白的区域，虽然没有具体的内容，但它给人一种呼吸感，让整个封面不至于过于拥挤，显得很有设计感。我甚至想象着，这本书拿到手里，翻开第一页，那种纸张的触感应该也很不错，不会太滑也不会太粗糙，适合长时间阅读。当然，封面只是第一印象，真正的内容才是关键，但一个好的封面无疑是开启一段阅读旅程的良好开端。这本书的书名本身也很有吸引力，“引论”两个字表明了它的基础性，“教程”则暗示了它的实用性和指导性，这对于我这样希望系统学习控制理论的人来说，是一个非常积极的信号。

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