机电系统计算机控制 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:

出品人:

页数:290

译者:

出版时间:1999-4

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787560313979

丛书系列:

图书标签:

• 机电系统
• 计算机控制
• 算法
• 电机传动
• 数字PID控制
• 机电系统
• 计算机控制
• 自动化
• 电气工程
• 机械工程
• 控制工程
• 嵌入式系统
• PLC
• MATLAB
• Simulink

现代控制理论与工程实践 本书深入探讨了现代控制理论的基石、前沿进展及其在复杂工程系统中的实际应用。全书内容涵盖了从经典控制向现代控制过渡的理论基础，以及在数字化、智能化时代背景下，控制系统设计与实现所面临的新挑战与解决方案。 本书旨在为控制工程、自动化、电气工程及其相关领域的学生、研究人员和工程技术人员提供一份全面且深入的参考指南。我们力求在严谨的数学推导与直观的工程物理意义之间架起桥梁，确保读者不仅掌握“如何做”，更能理解“为什么这样做”。 --- 第一部分：现代控制系统的数学基础与建模 本部分奠定了后续所有高级控制理论的基础，重点关注如何准确、高效地描述和分析物理系统的动态行为。 第一章 状态空间表示法 状态空间法是现代控制理论的核心语言。本章首先回顾了经典的传递函数模型在多输入多输出（MIMO）系统和时间延迟系统中的局限性。随后，详细介绍了系统的状态变量定义、状态方程的建立。 线性定常（LTI）系统的标准状态空间表示： 涵盖了标准形式（如约当标准型、可控规范型、可观标准型）的推导与转换。重点讨论了如何从物理结构（如电路图、机械图纸）直接建立状态空间模型，而非仅仅依赖实验辨识。 非线性系统的状态描述： 引入了描述非线性动力学行为的基本方法，如泰勒级数展开近似和李雅普诺夫意义下的微扰分析，为后续非线性控制设计做铺垫。 模型约简与降阶： 针对高阶复杂系统，阐述了保持关键动态特性的模型简化技术，包括模态分析法和皮尔逊（Pearson）准则，以适应实时计算的需要。 第二章 系统的时间响应与稳定性分析 本章深入分析了系统的固有特性——稳定性和时间响应。 线性系统的时域分析： 详细分析了系统的零输入响应（自由响应）和零状态响应（强迫响应）。引入了状态转移矩阵 $Phi(t)$ 的计算方法，包括基于拉普拉斯逆变换、凯莱-哈密顿法和特征值分解的计算。 李雅普诺夫稳定性理论： 作为分析非线性系统稳定性的金标准，本章对李雅普诺夫直接法进行了详尽阐述。内容包括对李雅普诺夫函数构造的深入探讨，特别是二次型李雅普诺夫函数在LTI系统中的应用，以及间接法（基于特征值）的局限性。 有界输入有界输出（BIBO）稳定性： 从系统输入输出的角度，重新审视了稳定性条件，并将其与状态空间表示中的极点位置联系起来。 第三章 系统能控性与能观性分析 能控性与能观性是现代控制系统设计的前提条件。 判据与判定： 详细推导和应用了卡尔曼（Kalman）能控性矩阵和能观性矩阵。特别强调了在数值计算中，如何使用奇异值分解（SVD）来评估这些矩阵的秩，以抵抗计算误差。 结构分解： 阐述了通过相似变换将系统分解为可控子系统、不可控子系统、可观子系统和不可观子系统的过程，揭示了系统动态行为中哪些部分可以被设计影响，哪些部分是无法感知的。 最小实现： 基于能控性和能观性的分析，讲解了如何从高阶模型中提取出能控且能观的最小阶模型，这对于设计紧凑、高效的控制器至关重要。 --- 第二部分：现代控制器的设计与极点配置 本部分侧重于如何通过设计状态反馈和状态观测器，来达到期望的系统性能指标。 第四章 状态反馈极点配置技术 极点配置（Pole Placement）是基于状态反馈的最基本、最直接的控制设计方法。 Ackermann公式与公式推导： 详细推导了Ackermann公式，并分析了其在系统阶数较高时可能面临的数值不稳定性问题。 极点配置的唯一性与可行性： 探讨了在给定能控系统下，可以任意配置极点的理论基础，并讨论了当系统非能控时极点配置的限制。 性能与结构性： 讨论了如何选择期望的极点位置以满足瞬态响应（如超调量、建立时间）的要求，并引入了对输出动态响应的初步考察。 第五章 状态观测器的设计与 Luenberger 观测器 由于状态变量通常无法直接测量，状态观测器的设计成为必需。 观测器原理与对偶性： 阐述了状态观测器设计与极点配置之间的对偶性原理。 Luenberger 观测器的构造： 详细介绍了如何根据系统矩阵设计一个高增益的Luenberger观测器，以快速估计状态。重点分析了观测器增益的选择对估计误差动态的影响。 观测器极点的分配： 讨论了如何独立地配置观测器的极点，并给出了实际设计中观测器极点应如何选择（通常应比控制器极点选择得更快、更稳定）。 第六章 状态反馈与观测器的综合：分离原理 状态反馈控制器和状态观测器可以独立设计和实现，这是现代控制设计的核心优势。 分离定理（Separation Principle）： 严谨地证明了在LTI系统下，控制器设计与状态估计可以分离进行，且不会影响系统的整体性能。 全阶和简化观测器： 区分了全阶观测器和仅估计不可测状态的简化（缩减阶）观测器，并分析了简化观测器在实际工程中的优势。 实际实现框图： 提供了完整的状态反馈控制系统的闭环框图，清晰展示了输入、控制器、观测器、系统以及状态估计误差之间的关系。 --- 第三部分：最优控制与鲁棒性基础 本部分将设计目标从“满足特定性能”提升到“在某种意义上达到最优”，并引入对系统不确定性的处理。 第七章 线性二次型最优控制（LQR） LQR是现代控制工程中应用最广泛的最优控制方法之一。 性能指标函数： 详细定义了二次型性能指标（代价函数） $J$，它平衡了状态误差（系统性能）和控制输入的能量（控制成本）。 代数黎卡提方程（ARE）： 推导了求解最优反馈增益 $K$ 所依据的代数黎卡提方程。本书将重点介绍求解ARE的迭代数值方法（如牛顿法和巴斯克维尔法）。 LQR 控制器的性质： 分析了LQR控制器固有的稳定性和较好的鲁棒性，以及如何通过调整权重矩阵 $Q$ 和 $R$ 来权衡性能与控制努力。 第八章 随机最优控制导论：卡尔曼滤波 当系统受到随机噪声和测量噪声影响时，最优估计成为关键。 随机系统的状态空间模型： 引入系统噪声 $w(t)$ 和测量噪声 $v(t)$，假设它们为高斯白噪声。 卡尔曼滤波器的递推算法： 详细推导了离散时间卡尔曼滤波器的状态估计和协方差更新方程。内容涵盖了预测步（时间更新）和校正步（测量更新）的物理意义。 LQG 控制器： 阐述了线性二次高斯（LQG）控制，即LQR控制器与卡尔曼滤波器的结合，是随机线性系统下的最优设计方法。 第九章 系统的鲁棒性分析与裕度 理解控制系统对模型误差和外部扰动的容忍度是确保实际工程可靠性的关键。 小增益定理基础： 引入了鲁棒控制的基本思想，即系统稳定性在模型不确定性存在下的保持性。 奇异值与频域分析基础： 从频域角度审视系统的开环特性。回顾了波德图、奈奎斯特图的基本概念，并引入了奇异值对系统增益的描述。 增益裕度和相位裕度： 明确定义了增益裕度（Gain Margin）和相位裕度（Phase Margin），并展示了如何利用这些指标来评估经典控制系统设计的稳定性裕度。 --- 本书的特色： 1. 数学严谨性与工程直观性的统一： 每一个理论推导后都附带了明确的工程背景和应用案例。 2. 计算方法强调： 对数值计算的敏感性进行了探讨，引导读者理解如何在实际软件环境中实现这些算法。 3. 系统化结构： 严格遵循从“建模”到“分析”再到“综合设计”的逻辑流程，构建完整的现代控制理论知识体系。 本书内容旨在构建一个坚实的现代控制理论框架，为后续进入非线性控制、自适应控制或先进鲁棒控制等前沿领域打下不可或缺的基础。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

范例不是特别翔实，但总算看完一遍了…

评分☆☆☆☆☆

范例不是特别翔实，但总算看完一遍了…

评分☆☆☆☆☆

范例不是特别翔实，但总算看完一遍了…

评分☆☆☆☆☆

范例不是特别翔实，但总算看完一遍了…

评分☆☆☆☆☆

范例不是特别翔实，但总算看完一遍了…