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出版者:Thomson Learning

作者:Keramas, James G.

出品人:

页数:448

译者:

出版时间:1998-11

价格:$ 317.47

装帧:HRD

isbn号码:9780827382367

丛书系列:

图书标签:

• 机器人技术
• 机器人学
• 自动化
• 控制系统
• 人工智能
• 嵌入式系统
• 机械工程
• 电气工程
• 传感器
• 执行器

精密机械的脉动：现代自动控制系统导论 本书简介： 本书深入探讨了现代自动控制系统的核心原理、设计方法与实际应用，旨在为读者构建一个全面且深入的知识框架。我们聚焦于那些驱动现代工业、航空航天乃至日常家用设备运转的精密逻辑与物理实现，而非仅仅停留在单一的机器人技术领域。 第一部分：控制理论的基石——从稳态到动态 本部分将带领读者穿越经典控制理论的殿堂，为理解复杂系统奠定坚实基础。我们首先回顾了反馈控制系统的基本概念、结构组成及其在提升系统性能（如精度、稳定性和响应速度）中的不可替代性。 线性系统分析： 我们详细阐述了连续时间系统与离散时间系统的数学描述，包括微分方程、传递函数（Transfer Function）和状态空间表示（State-Space Representation）。重点分析了系统的暂态响应和稳态误差，引入了拉普拉斯变换和Z变换作为分析工具，这些是理解时间域与频率域行为转换的关键。 稳定性判据： 深入剖析了判定系统稳定性的各种方法，包括代数判据（如Routh-Hurwitz准则）和频率响应判据（如Nyquist图和Bode图）。我们强调了系统在设计裕度与实际性能之间权衡的重要性。 时域与频域设计： 本章系统地介绍了补偿器（Controller）的设计。在时域，我们探讨了PID（比例-积分-微分）控制器的设计、参数整定方法（如Ziegler-Nichols法）及其在工业过程控制中的广泛应用。在频域，我们侧重于使用频率特性图来设计超前/滞后补偿器，以达到预期的相位裕度和增益裕度，从而确保闭环系统的鲁棒性。 第二部分：现代控制方法的演进——状态空间与最优控制 随着计算机能力的提升和系统复杂度的增加，现代控制理论应运而生。本部分将视角转向更具描述性和设计灵活性的状态空间方法，并引入了先进的最优控制概念。 状态空间模型： 我们详细介绍了如何将高阶微分方程系统转化为标准状态空间形式，讨论了系统的能控性（Controllability）和能观测性（Observability）这两个核心概念，这是进行现代控制设计的前提。 极点配置与状态反馈： 阐述了如何通过选择合适的状态反馈增益矩阵，将系统的极点（即系统的固有动态特性）精确地放置在复平面上期望的位置，从而实现期望的动态性能。同时，探讨了观测器（Observer）的设计，如Luenberger观测器，用于估计无法直接测量的状态变量。 最优控制基础： 引入了如何定义“最优”性能指标（性能指标函数，Cost Function），并介绍了经典的最优控制方法，如LQR（Linear Quadratic Regulator）。LQR的设计哲学是通过最小化一个由状态误差和控制输入能量加权组成的二次型指标，来获得一个最优的反馈增益。 第三部分：数字控制与采样系统的实现 在实际工程应用中，绝大多数控制系统都是基于数字计算机实现的。本部分专注于离散时间系统理论及其在实时控制中的应用。 离散化技术： 系统讲解了将连续时间系统转换为等效的离散时间系统的各种方法，包括前向欧拉法、后向欧拉法和Tustin双线性变换法，并分析了不同方法引入的映射误差和对系统稳定性的影响。 Z变换分析： 详细介绍了Z变换在离散系统分析中的作用，包括Z平面、系统脉冲响应以及离散系统的稳定性判据。 数字控制器设计： 探讨了如何在离散域内直接设计数字控制器，如脉冲响应法和双线性变换后的模拟控制器转换法。重点讨论了有限精度运算、量化噪声和采样周期的选择对实际控制性能的制约。 第四部分：面向工程应用的鲁棒性与非线性系统 现代工程系统往往需要在不确定性（如参数变化、外部扰动）下保持良好的性能，同时许多物理现象本质上是非线性的。 鲁棒控制基础： 介绍了如何处理模型不确定性。我们将讨论H-无穷（$Hinfty$）控制的基本思想，即设计一个控制器，使其在所有允许的不确定性范围内，性能指标函数（如灵敏度函数或互补灵敏度函数）的范数都保持在一个可接受的水平之下，从而保障系统的鲁棒性。 非线性系统的分析工具： 对非线性系统进行了初步探索，包括相平面法、李雅普诺夫稳定性理论的基础应用。我们探讨了利用局部线性化和增益调度（Gain Scheduling）等工程近似方法来处理中低度非线性问题。 系统辨识概述： 简要介绍了系统辨识的基本流程，即如何利用实验数据来估计系统的数学模型，这是精确控制设计和模型化复杂物理过程不可或缺的前置步骤。 总结与展望： 本书的最终目标是培养读者将抽象的数学理论转化为解决实际工程问题的能力。通过对经典与现代控制理论的系统梳理，读者将能够理解和设计出高效、稳定且具有一定鲁棒性的自动控制系统，这些系统是驱动现代基础设施、精密制造和复杂动态过程的核心动力。本书的知识体系强调的是控制的通用原理，适用于各类动态系统的建模与调控。

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