具体描述
《现代控制理论基础》 图书简介 本书旨在为工程技术人员、研究生以及高等院校相关专业（如电气工程、自动化、机械工程、航空航天等）学生提供一套全面、深入且注重实践的现代控制理论基础知识体系。内容覆盖了经典控制理论向现代控制理论过渡的关键概念，并系统阐述了状态空间表示法、可控性、可观测性、状态反馈设计以及现代观测器理论等核心内容。 第一部分：回顾与过渡 本部分首先对控制系统的基本概念进行了回顾，包括系统描述、反馈控制的基本原理、性能指标（如稳定性、暂态响应、稳态精度）。随后，重点引入了从传统的传递函数模型向更通用的状态空间模型的转变。 经典理论的局限性： 分析了经典控制理论（如根轨迹、频率响应法）在处理多输入多输出（MIMO）系统、时变系统以及系统内部状态分析方面的不足。 状态空间描述的引入： 详细介绍了如何将物理系统建模为一组一阶线性常微分方程组（状态方程）和输出方程。讨论了状态变量的选择、相平面法在低阶系统分析中的应用，以及系统充裕度的概念。 系统的基本性质： 深入探讨了系统的线性性、时不变性（LTI）假设下的特性。对齐、输入和输出的定义进行了严谨的数学界定。 第二部分：系统时间响应与分析 本部分专注于使用状态空间方法来分析和求解线性时不变（LTI）系统的零输入响应（ZIR）和零状态响应（ZSR），并最终得到全解。 状态转移矩阵 $Phi(t)$： 这是分析时间响应的核心工具。本书详细推导了 $Phi(t)$ 的定义、性质，并提供了计算 $Phi(t)$ 的多种实用方法，包括： 基于特征值/特征向量的对角化方法。 Cayley-Hamilton定理的应用。 拉普拉斯变换法（矩阵指数）。 系统的自由响应与强迫响应： 利用状态转移矩阵，精确计算了在特定初始条件和外部输入作用下系统的动态行为。 系统的稳定性分析： 在状态空间框架下，重新审视了李雅普诺夫稳定性判据。重点分析了特征值在s平面上的位置与系统稳定性的直接关系（渐近稳定、边缘稳定、不稳定）。 第三部分：系统结构分析——可控性与可观测性 可控性与可观测性是现代控制理论的基石，它们决定了系统是否可以通过输入来影响所有状态，以及是否可以通过输出信息来推断所有内部状态。 可控性（Controllability）： 定义与判据： 引入了李雅普诺夫（Lyapunov）可控性判据和基于秩的判据（可控性矩阵 $mathcal{C}$ 的分析）。 意义阐释： 解释了可控性在状态反馈设计中的重要性——只有完全可控的系统，才能任意放置其极点。 降阶处理： 对于不可控部分，讨论了如何通过状态变换将其分离，并只对可控部分进行控制设计。 可观测性（Observability）： 定义与判据： 引入了可观测性判据（可观测性矩阵 $mathcal{O}$ 的分析）。 对偶性原理（Duality）： 详细阐述了可控性与可观测性之间的深刻对偶关系，这极大地简化了理论分析。 意义阐释： 解释了可观测性是设计状态观测器（估计器）的前提。 第四部分：状态反馈控制设计 本部分是现代控制设计的主体，核心思想是通过对状态变量的反馈来重新配置系统的动态特性。 极点配置（Pole Placement）： 理论基础： 利用状态反馈 $u = -Kx + r$ 转换系统矩阵，实现对闭环系统特征值（极点）的任意配置（前提是系统完全可控）。 计算方法： 详细介绍了Ackermann公式和使用拉普拉斯变换的比较方法来求解反馈增益矩阵 $K$。 输出反馈的局限性： 讨论了仅使用输出信息进行反馈的不足，引出对状态观测器的需求。 最优控制导论（LQR 简介）： 简要介绍了线性二次型最优控制（LQR）的基本思想，即在考虑系统动态特性的同时，最小化一个二次型性能指标函数，从而得到最优的反馈增益 $K$。 第五部分：状态观测器与输出反馈 由于实际中所有状态变量往往无法直接测量，本部分着重介绍了状态观测器的设计，以重构不可测的状态。 Luenberger 观测器： 基本原理： 介绍如何设计一个与原系统并行的动态系统（观测器），利用系统的输入和输出信号来估计状态 $hat{x}$。 观测器极点配置： 阐述观测器动态的稳定性与设计者的选择，观测器极点的选择与状态反馈极点配置的相互独立性（但需保证观测器收敛速度快于控制器）。 完整状态反馈（Combined Control and Estimation）： 介绍如何结合状态反馈和状态观测器，实现基于输出的闭环控制 $u = -Khat{x}$。 卡尔曼滤波（Kalman Filtering）概述： 简要介绍了最优线性估计器——卡尔曼滤波的基本结构，强调了其在含有噪声环境下的估计精度优势（虽然本书主要侧重于确定性系统，但引入卡尔曼滤波作为进阶的桥梁）。 附录 矩阵代数复习： 涉及矩阵的求逆、特征值/特征向量、相似变换等必备知识。 拉普拉斯变换与Z变换回顾： 重点回顾了矩阵的拉普拉斯反演和系统矩阵的指数运算。 本书特点： 本书结构清晰，从经典理论的不足出发，自然过渡到现代控制的数学工具——状态空间。理论推导严谨，同时配有大量的工程实例和例题分析，旨在帮助读者建立扎实的理论基础，并能将其应用于复杂的工程控制系统设计中。重点突出了可控性、可观测性在实际设计中的指导意义。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.wenda123.org All Rights Reserved. 图书目录大全 版权所有