现代控制理论

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出版者:华中科技大学出版社
作者:赵明旺
出品人:
页数:384
译者:
出版时间:2007-3
价格:36.80元
装帧:
isbn号码:9787560939506
丛书系列:
图书标签:
  • 控制理论
  • 现代控制
  • 自动控制
  • 系统分析
  • 数学模型
  • 控制系统
  • 线性系统
  • 状态空间
  • 最优控制
  • 鲁棒控制
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具体描述

本书介绍现代控制理论的基础知识。全书共分7章。第1章介绍了控制理论的发展及现代控制理论的主要内容。第2章介绍了控制系统的状态、状态空间和状态空间模型等基本概念,以及如何建立状态空间模型。第3~5章分别讨论了控制系统状态空间模型的时域分析、能控能观结构性分析、稳定性分析。第6章介绍了基于状态空间分析的系统综合,包括状态反馈与极点配置、系统镇定、系统解耦、状态观测器等。第7章介绍了最优控制理论初步知识。

为使读者更好地理解现代控制理论的概念和方法,本书还专门讨论了基于Matlab计算软件的现代控制理论相关问题和方法的计算机仿真计算与设计的程序编制和应用。本书还附有编著者自行开发的Matlab程序和大量算例。

本书可作为自动化专业、电气工程及其自动化专业、测控技术与仪器专业及其相关专业的本科生及研究生教材,也可供从事控制理论与控制工程研究、设计和应用的科技工作者参考使用。

工业自动化与智能制造的核心驱动力:系统建模、分析与优化 本书深入探讨了工业自动化与智能制造领域中至关重要的核心技术——系统建模、分析与优化。我们旨在为读者提供一套系统、严谨的理论框架和实用的分析方法,以应对复杂工业过程的挑战,实现生产效率、产品质量和系统稳定性的全面提升。 一、 精准刻画动态行为:系统建模的艺术与科学 在自动化和智能化的大潮下,理解和描述复杂工业系统的动态行为是首要任务。本书将首先引导读者掌握多种先进的系统建模技术,从经典到前沿,确保能够精确地捕捉系统的内在规律。 物理模型: 我们将从基础物理原理出发,推导和建立描述机械、电气、液压、热力等子系统及其耦合关系的数学模型。这包括但不限于拉格朗日方程、牛顿第二定律在多体系统中的应用,以及电路理论、流体力学和热力学基本定律在工程实践中的体现。读者将学习如何将抽象的物理概念转化为可计算的数学表达式,为后续的分析和控制设计奠定基础。 辨识模型: 面对参数不确定或物理规律难以完全掌握的复杂系统,数据驱动的建模方法显得尤为重要。本书将详细介绍各种系统辨识技术,包括: 时域辨识: 如最小二乘法(LS)、递归最小二乘法(RLS)等,用于估计模型参数。 频域辨识: 如基于傅里叶变换和功率谱密度的方法,用于获取系统的频率响应特性。 模型结构选择: 探讨如何根据数据特性和工程经验选择合适的模型结构(如AR、ARX、ARMAX、OE、BJ模型等)。 非线性辨识: 引入神经网络、模糊逻辑、支持向量机(SVM)等非线性建模技术,以应对现实世界中普遍存在的非线性现象。 混合建模: 认识到单一建模方法的局限性,本书将重点阐述如何结合物理模型和辨识模型,利用领域知识和实验数据相互补充,构建更鲁棒、更精确的混合模型,以适应更加复杂多变的工业环境。 二、 洞察系统本质:深入的系统分析 建立了准确的系统模型之后,如何对其进行深入的分析,揭示其内在特性,是进行有效控制和优化的关键。 线性系统分析: 稳定性分析: 深入探讨李雅普诺夫稳定性理论、根轨迹分析、奈奎斯特判据、博德图等经典稳定判据,以及它们在判断系统稳定性和评估稳定性裕度方面的作用。 暂态响应与稳态响应: 分析系统的阶跃响应、脉冲响应等,理解系统参数(如时间常数、阻尼比、固有频率)对响应速度、超调量、稳态误差等性能指标的影响。 频率域分析: 运用傅里叶变换和拉普拉斯变换,分析系统的幅频特性和相频特性,理解系统对不同频率信号的滤波或放大作用,以及对系统稳定性和动态性能的影响。 非线性系统分析: 面对工业生产中普遍存在的非线性特性,本书将提供处理这些复杂性的方法。 平衡点分析: 介绍如何找到非线性系统的平衡点,并分析其线性化模型在平衡点附近的稳定性。 相平面分析: 对于低阶非线性系统,通过相平面图直观地展示系统的动态行为,理解极限环、周期轨道等现象。 李雅普诺夫稳定性理论的扩展: 介绍李雅普诺夫第二方法在非线性系统稳定性分析中的应用,以及构建李雅普诺夫函数的策略。 鲁棒性与容错性分析: 探讨在模型不确定性或外部干扰存在的情况下,系统的性能保持能力,以及如何设计能够容忍一定程度故障的控制器。 三、 驾驭复杂局面:系统优化的智慧 在充分理解系统行为的基础上,本书将引导读者掌握如何通过优化设计,使系统达到最优的性能目标。 经典控制优化: PID控制器设计: 详细阐述PID控制器(比例-积分-微分)的原理、参数整定方法(如Ziegler-Nichols法、人工调谐法)及其在工业过程中的广泛应用。 极点配置法: 介绍如何通过状态反馈来任意配置闭环系统的极点,从而达到期望的动态性能。 最优控制理论: 引入庞特里亚金最小值原理和动态规划等基础概念,理解如何设计使性能指标(如燃料消耗、跟踪误差)最小化的控制律。 现代优化技术: 模型预测控制(MPC): 重点介绍MPC作为一种强大的模型驱动型控制策略,其核心思想是利用系统模型预测未来输出,并在一个有限的预测时域内求解优化问题,滚动地生成控制序列。本书将深入讲解MPC的基本原理、预测模型构建、优化算法(如二次规划)以及在多变量、约束条件下的应用。 智能优化算法: 探讨如何利用群体智能算法(如遗传算法GA、粒子群优化PSO)和模拟退火算法等,对复杂的、非线性的、多模态的优化问题进行求解,用于控制器参数整定、系统辨识的优化以及最优路径规划等。 自适应控制与自整定: 讨论当系统参数随时间变化时,如何设计能够实时调整控制参数的自适应控制器,以及自整定技术在简化控制系统设计中的作用。 协同控制与分布式控制: 面对日益复杂的网络化生产系统,本书将介绍如何协调多个子系统,实现整体的最优运行,以及分布式控制系统的设计方法。 应用领域与实践价值: 本书的内容将贯穿于众多工业自动化和智能制造的关键应用场景,包括但不限于: 机器人与运动控制: 高精度轨迹跟踪、力控制、协作机器人。 过程控制: 化工、冶金、电力等行业的温度、压力、流量、液位等参数的精确控制。 制造执行系统(MES)与工厂仿真: 生产调度优化、资源分配、流程模拟与优化。 智能交通系统: 交通流量的预测与优化、自动驾驶车辆的路径规划与控制。 能源管理与优化: 智能电网的负荷预测与调度、可再生能源系统的集成与控制。 通过学习本书,读者将能够: 1. 建立对工业系统动态特性的深刻理解。 2. 掌握分析复杂系统性能和稳定性的科学方法。 3. 设计出满足性能要求、鲁棒且优化的控制系统。 4. 提升解决实际工业问题、推动智能制造发展的能力。 本书内容涵盖了从基础理论到前沿技术的广泛光谱,旨在为工程师、研究人员以及对自动化和智能制造领域感兴趣的读者提供一条扎实而高效的学习路径。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书给我带来的不仅仅是知识的增长,更是一种思维方式的重塑。作者在讲解“现代控制理论”的过程中,非常注重培养读者的逻辑分析能力和系统性思维。我被书中关于“李雅普诺夫稳定性”的介绍所吸引。这种从能量守恒的角度来分析系统稳定性,是我之前从未接触过的,它为我提供了一种全新的分析问题的视角。作者对李雅普诺夫函数构造的指导,以及对稳定性判据的阐述,都让我对系统的稳定性有了更深刻的理解。我对书中关于“滑模控制”的章节印象深刻。在面对模型不确定性和外部干扰时,滑模控制展现出了其强大的鲁棒性。作者对滑模控制原理的讲解,以及对滑模面设计的指导,都为我打开了新的研究方向。我喜欢作者在讲解理论的同时,也引用了一些历史上的经典控制系统案例,这让我能够更直观地感受到“现代控制理论”是如何在实践中不断发展和完善的。这本书的语言风格非常专业,但同时又不失亲和力。作者仿佛是一位经验丰富的导师,耐心地引导着读者一步步地走向知识的殿堂。

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我一直认为,真正好的技术书籍,不仅仅是传递知识,更是一种思维方式的启蒙。这本书正是这样一本让我受益匪浅的书籍。作者在梳理“现代控制理论”的知识体系时,展现出了一种超乎寻常的洞察力。他没有拘泥于某个特定理论的细枝末节,而是着眼于整个学科的全局,将各个分支有机地整合在一起,形成一个相互关联、逻辑严谨的知识网络。我尤其欣赏他对于“模型”在控制理论中重要性的强调。书中对于不同模型建立方法的介绍,让我认识到,理解和描述一个系统是进行有效控制的前提。作者对线性系统和非线性系统的区别以及处理方法的阐述,也让我对控制理论的广度和深度有了更深的体会。我喜欢他将理论讲解与实际案例相结合的写作手法,那些来自航空航天、机器人、过程控制等领域的真实案例,让我在学习理论知识的同时,也能感受到“现代控制理论”的强大生命力和应用前景。我常常会停下来思考,作者是如何做到将如此庞杂的理论知识,以如此清晰、有条理的方式呈现给读者的?他一定是花费了大量的心血,对理论进行了深刻的提炼和消化。书中关于状态估计和最优控制的部分,给我留下了深刻的印象。作者对卡尔曼滤波的解释,让我理解了如何在噪声环境下进行精确的状态估计,而对LQR最优控制的介绍,则让我认识到如何设计出能够最小化特定性能指标的控制器。这些内容,对于我理解复杂系统的动态行为和设计高性能控制器,都具有极大的指导意义。

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这本书就像一位博学的向导,带领我深入探索“现代控制理论”的神秘世界。作者的知识储备之深厚,以及他对复杂概念的驾驭能力,都令我惊叹。我发现,他并没有将这本书仅仅当作一本理论的堆砌,而是以一种更加宏观的视角,去展现“现代控制理论”在不同工程领域的应用价值。我特别喜欢书中关于“模糊控制”和“神经网络控制”的介绍。在很多传统控制理论难以有效处理的复杂系统面前,这些智能控制方法展现出了巨大的潜力。作者对这些前沿技术的阐述,让我看到了“现代控制理论”不断发展和创新的活力。我被书中关于“自适应控制”的章节所吸引。在很多动态变化的环境下,传统的固定参数控制器往往难以适应,而自适应控制的思想,则为我们提供了一种动态调整控制器参数的解决方案。作者对自适应控制算法的推导和应用案例的介绍,让我对这种控制方法有了更深入的理解。我甚至开始尝试将书中的一些智能控制方法与我之前学习的经典控制理论相结合,希望能找到更优的解决方案。这本书不仅仅是教会我控制的理论,更重要的是,它激发了我对创新和探索的渴望。

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当我第一次接触这本书时,我还在为我所面临的一些工程难题而感到束手无策。那些复杂系统的行为,总让我觉得难以捉摸,仿佛置身于一个迷雾之中。然而,随着我深入阅读这本书,我发现“现代控制理论”就像一盏明灯,驱散了我心中的迷茫,为我指明了前进的方向。作者的讲解风格非常引人入胜,他总能以一种巧妙的方式,将那些抽象的数学概念与我日常能够理解的事物联系起来。我尤其喜欢他关于反馈机制的阐述,这让我深刻理解了为什么控制系统能够如此精准地工作。书中关于系统稳定性的分析,让我明白了一个系统是否能够稳定运行的关键所在,这对于我评估和改进现有系统至关重要。我被书中关于控制器设计方法的丰富性所吸引,从最基础的PID控制器,到更先进的状态反馈控制器,作者都进行了详尽的介绍。他不仅给出了理论推导,还重点讲解了这些控制器在实际应用中的优缺点,这让我能够根据具体情况选择最合适的控制策略。我对书中关于非线性控制的章节尤为感兴趣。我知道现实世界中的很多系统都是非线性的,而作者对这些非线性系统的分析和控制方法,为我打开了一个新的研究领域。我开始尝试将书中的一些方法应用到我自己的研究项目中,虽然过程充满了挑战,但我能感受到自己正在一步步地接近问题的解决方案。这本书不仅是一本学术著作,更是一本能够激发我解决实际工程问题信心的宝典。

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当我翻开这本书时,我怀着一种学习者的心态,期望能从中学到“现代控制理论”的精髓。作者以其深厚的学术造诣和严谨的治学态度,为我奉献了一部高质量的著作。我被书中关于“模型预测控制(MPC)”的介绍所吸引。这种能够结合系统模型和预测信息来优化控制策略的方法,在许多复杂工业过程控制中展现出了巨大的优势。作者对MPC原理的阐述,以及对求解优化问题的介绍,都让我对这种先进的控制技术有了初步的认识。我对书中关于“鲁棒控制”的章节印象深刻。作者从不同角度,阐述了如何设计出能够在模型不确定性和外部干扰下保持良好性能的控制器。这对于我理解和解决实际工程中的不确定性问题,具有极大的指导意义。我喜欢作者在讲解理论的同时,也关注着“现代控制理论”在不同学科领域的交叉应用。书中关于生物医学、经济系统等领域的控制思想,都让我感受到了控制理论的广泛性和包容性。这本书的阅读体验非常好,作者的讲解清晰流畅,逻辑严密,让我能够毫不费力地吸收其中的知识。

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作为一名对工程领域充满好奇的读者,我一直渴望能有一本能够系统性地介绍“现代控制理论”的著作,而这本书恰好满足了我的需求。作者的写作风格非常平实而富有力量,他没有使用过于华丽的辞藻,而是用简洁、严谨的语言,将复杂的理论娓娓道来。我被书中关于“系统辨识”的部分所吸引。在很多实际工程问题中,我们往往难以获得精确的系统模型,而系统辨识的技术,则为我们提供了一种从实验数据中建立模型的方法。作者对不同辨识算法的介绍,以及它们在实际应用中的优缺点,都让我受益匪浅。我对书中关于“最优控制”的讲解印象深刻。作者从动态规划的角度,深入浅出地解释了如何设计出能够最小化特定成本函数的控制器。我甚至尝试着去推导其中的一些公式,虽然过程有些艰辛,但我能感受到自己思维的提升。我喜欢作者在讲解理论的同时,也始终关注着实际工程的落地。他关于控制器实现的注意事项,以及在实际应用中可能遇到的问题,都为我提供了宝贵的参考。这本书让我认识到,“现代控制理论”不仅仅是数学公式的堆砌,更是一门实实在在的工程学科,它能够解决现实世界中的诸多难题。

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老实说,拿到这本书时,我并没有抱太大的期望,因为“现代控制理论”这个名字听起来就有些高冷,我担心它会像很多教材一样,充斥着晦涩难懂的公式和遥不可及的概念。然而,事实证明我的担忧是多余的。作者的写作风格非常独特,他善于用一种非常接地气的方式来解释那些原本可能令人望而却步的理论。他似乎总能找到最恰当的比喻和最形象的例子,将复杂的数学模型转化为易于理解的物理过程。我印象最深刻的是关于PID控制的部分,作者不仅仅给出了公式,还详细解释了P、I、D参数各自的物理意义,以及它们如何影响系统的动态响应。这种深入浅出的讲解方式,让我这个在控制领域并非专家的读者,也能很快抓住核心要点。书中大量的图示也是一大亮点,那些精美的示意图,不仅美化了版面,更重要的是,它们直观地展示了系统的结构、信号的流动以及控制器的作用,让我在阅读过程中不易产生疲劳感,也更容易理解抽象的数学概念。我特别欣赏作者在强调理论的同时,也并未忽视实际工程中的考量。他对系统鲁棒性、稳定性和最优性的讨论,都结合了实际应用中的挑战,让我看到理论知识如何服务于现实世界。这本书的结构安排也很合理,每一章都承前启后,层层递进,不会让人感到知识的跳跃。我感觉作者仿佛是一位经验丰富的工程师,耐心地向我传授他的“看家本领”,而不是一个高高在上的理论家。读完这本书,我不仅对“现代控制理论”有了更全面的认识,更重要的是,我发现自己对工程实践的理解也得到了提升。

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当我第一次翻开这本书时,我被它严谨的排版和清晰的章节划分所吸引。我一直觉得,一本好的技术书籍,其结构本身就应该能够引导读者更好地理解内容。作者在这方面做得非常出色。他将“现代控制理论”的知识体系,按照一种逻辑递进的方式进行了组织。从最基础的系统建模,到状态空间分析,再到各种先进的控制策略,每一个部分都紧密相连,层层递进。我特别欣赏作者在介绍状态空间方法时的细致。他不仅解释了状态变量的定义和意义,还详细阐述了如何通过状态方程来描述系统的动态行为。这种从微观到宏观的视角转变,让我对系统的理解上升到了一个新的层面。书中关于“稳定性”的讨论,是我反复阅读的部分。作者从不同的角度,阐述了系统稳定性的概念,并介绍了多种判断系统稳定性的方法,这对于我理解和分析系统的行为至关重要。我被书中对“能控性”和“能观性”的讲解所吸引。作者用清晰的语言和直观的例子,解释了这两个概念的重要性,以及它们如何影响控制系统的设计。这让我认识到,一个良好的控制系统,不仅需要能够被有效控制,还需要能够被准确地观测。这本书的语言风格也给我留下了深刻的印象。作者的表达清晰、准确,很少出现模棱两可的说法。即使是复杂的理论,在他的笔下也变得易于理解。

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这本书就像一座宏伟的知识殿堂,当我翻开第一页,就仿佛被一股强大的力量吸引,进入了一个我从未涉足过的领域。作者以其深厚的学术功底和严谨的逻辑思维,为我铺就了一条通往“现代控制理论”奥秘的道路。整本书的脉络清晰,从最基础的概念入手,逐步深入到复杂的系统分析和设计。每一个公式的推导都详尽入微,每一个定理的阐述都鞭辟入里。我常常沉浸在书中,与作者的思路一同跳跃,感受着数学语言的优美与力量。那些抽象的理论,在作者的笔下变得生动形象,我仿佛能看到一个个控制系统在脑海中运转,感受到它们是如何被精确地设计和调优的。书中引入的案例分析更是点睛之笔,它们将枯燥的理论与实际应用紧密联系起来,让我深刻理解了“现代控制理论”在各个工程领域的巨大价值。我特别喜欢作者对经典控制理论和现代控制理论之间联系与区别的阐述,这让我对整个学科的发展历程有了更全面的认识。同时,作者在介绍现代控制理论的各个分支时,也充分考虑到了读者的接受程度,循序渐进,避免了理论的堆砌带来的迷茫感。读这本书的过程,更像是一次思维的深度拓展,它不仅教会了我控制的原理,更培养了我运用科学方法解决复杂问题的能力。那些章节关于状态空间描述的部分,让我领略到了从时间域到相空间分析的深刻变革,这种视角上的转变,极大地开阔了我的视野。对于初学者而言,这本书无疑是一本极具价值的入门读物,但对于有一定基础的读者,它同样能带来新的启发和更深的理解。我甚至开始尝试将书中的一些概念应用到我自己的学习和工作中,虽然还有很多不足,但这种尝试本身就让我感到兴奋和充满希望。这本书不仅仅是一本技术书籍,更是一本启迪思维、激发潜能的宝典。

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从学术的角度来看,这本书无疑是一部具有里程碑意义的作品。作者在“现代控制理论”的梳理和阐释上,展现了极为深厚的功底和前瞻性的视野。他不仅忠实地呈现了该领域的核心理论和方法,更重要的是,他巧妙地将这些理论置于一个更宏大的工程实践背景下进行审视。我对于作者在书中关于“模型不确定性”和“鲁棒控制”的论述印象深刻。在实际工程中,模型的精确性往往是难以保证的,而鲁棒控制的思想,恰恰为我们应对这种不确定性提供了强有力的理论支撑。作者对不同鲁棒控制方法的介绍,以及它们在提高系统可靠性方面的作用,都让我受益匪浅。书中关于“最优控制”的章节,更是将控制理论推向了一个新的高度。作者对动态规划和庞特里亚金极小值原理的介绍,让我理解了如何设计出能够在特定目标下实现最优性能的控制器。这种从“能控”到“最优”的飞跃,充分展现了现代控制理论的魅力。我特别欣赏作者在理论推导过程中,始终保持着严谨的数学逻辑,但同时又不失对物理含义的深入挖掘。他能够在抽象的数学符号背后,引导读者去感受系统的动态行为和控制器的作用。这本书的篇幅虽然不小,但作者的写作风格使得阅读过程并不枯燥。他善于在复杂的理论讲解中穿插一些历史的渊源和前沿的研究动态,这使得整本书显得更加生动和具有启发性。

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