Optimal Design and Control pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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☆☆☆☆☆

出版者:Springer Verlag

作者:Borggaard, Jeffrey

出品人:

页数:300

译者:

出版时间:1995-5

价格:$ 168.37

装帧:HRD

isbn号码:9780817638085

丛书系列:

图书标签:

• 优化设计
• 最优控制
• 控制理论
• 系统工程
• 数学建模
• 算法
• 工程应用
• 动态系统
• 自动化
• 机器人学

好的，这是一份关于一本名为《Optimal Design and Control》的书籍的简介，内容严格围绕其他相关主题展开，不提及原书的任何内容。 现代工程系统优化设计与自适应控制理论：结构、性能与鲁棒性分析 导论：复杂系统面临的挑战与优化范式转型 在当代工程领域，从航空航天、精密制造到能源网络和生物医学设备，系统复杂性呈指数级增长。这些系统不再是简单的线性模型可以概括，它们通常涉及高度非线性和时变特性，同时受到不确定性、外部干扰和资源约束的多重制约。本专著深入探讨了在这些严苛环境下，如何实现对工程系统进行最优化的设计选择和先进的实时控制策略的制定。本书的核心目标是构建一个理论框架，用于指导工程师和研究人员在面对多目标冲突和不完备信息时，如何通过结构化、量化的方法来指导决策过程，从而最大化系统性能、最小化资源消耗，并确保在各种工况下的可靠运行。 第一部分：系统建模与结构优化基础 第一章：高维非线性系统的辨识与建模技术 现代工程系统往往具有大量的自由度，传统的简化模型难以捕捉其内在的物理动态。本章首先回顾了基于数据驱动的系统辨识方法，特别是高维非线性系统的局部线性化技术（如Volterra级数展开和局部加权回归）。重点讨论了在小样本或噪声较大的情况下，如何利用降维技术（如主成分分析和流形学习）来提取系统的低维本质动态，并构建满足特定精度要求的状态空间模型。 第二章：基于拓扑与材料选择的结构优化设计 工程系统的性能在很大程度上取决于其初始结构设计。本章聚焦于将优化方法应用于初始设计阶段。内容涵盖了拓扑优化（Topology Optimization）的最新进展，特别是基于密度法和水平集方法的应用，旨在确定最优的材料分布以满足刚度、强度或散热需求。此外，还深入分析了新型复合材料和智能材料在结构设计中的集成潜力，讨论了如何将这些材料的非线性特性融入到整体结构优化框架中。 第三章：多学科耦合优化（MDO）框架的构建 在实际工程中，性能指标往往涉及结构、流体、热力学和电磁学等多个学科。本章详细介绍了多学科耦合优化（MDO）的求解框架。我们探讨了不同MDO架构（如解耦式、迭代式和垂直集成式）的优缺点，并重点阐述了如何利用代理模型（Surrogate Modeling）技术，特别是高斯过程回归（GPR）和神经网络，来加速求解过程，以应对昂贵的高保真仿真计算需求。 第二部分：先进控制理论与性能增强 第四章：鲁棒控制：应对不确定性的设计准则 不确定性是工程系统固有的属性。本章专注于设计能够在模型误差、参数变化和外部有界干扰下保持稳定和高性能的控制器。内容涵盖了经典的$H_{infty}$控制理论，并将其扩展到非线性系统，引入了基于Lyapunov函数的二次稳定性分析方法。此外，还详细介绍了鲁棒模型预测控制（RMPC），它通过在控制设计中显式地纳入不确定性范围，从而在每个采样周期内计算出对所有可能发生的干扰均具有鲁棒性的控制序列。 第五章：基于强化学习的自适应控制新范式 随着计算能力的提升，基于强化学习（RL）的控制方法正成为解决高度非线性、未知动力学系统控制问题的有力工具。本章系统地介绍了用于连续控制任务的深度强化学习算法，例如深度确定性策略梯度（DDPG）和软演员-评论家（SAC）。重点讨论了RL方法在系统辨识、安全约束处理以及如何在保证控制性能可解释性和安全性的前提下，实现大规模系统参数的在线自适应调整。 第六章：最优控制与变分不等式求解 本部分回到经典的微分动态规划和随机最优控制问题。详细阐述了庞特里亚金最小化原理（Pontryagin's Minimum Principle）及其在计算最优轨迹中的应用。针对随机系统，引入了随机哈密顿-雅可比-贝尔曼（HJB）方程的求解技术，包括基于蒙特卡洛模拟和基于随机微分方程（SDE）的近似求解方法。此外，还探讨了如何将最优控制理论应用于资源分配和调度问题。 第三部分：实时实施、验证与案例分析 第七章：从理论到硬件：实时嵌入式控制系统设计 理论上的最优控制算法必须能够高效地在实时硬件平台上运行。本章讨论了将复杂的优化算法（如实时MPC）转化为可执行代码的关键步骤。内容包括：数字控制器的采样率选择、数值积分方案的精度与效率权衡、以及使用固定点运算进行硬件加速的技术。此外，还探讨了控制系统的迭代量化误差分析，确保实际部署的稳定性。 第八章：系统级的性能验证与闭环系统稳定性分析 工程系统的验证是一个渐进的过程。本章重点介绍了如何对设计和控制策略进行全面验证。这包括使用软件在环（SIL）、处理器在环（HIL）仿真技术，以模拟真实环境下的时延和计算负荷。对于闭环系统，我们将应用更严格的稳定性分析工具，例如传递函数分析、波德图在非线性系统中的推广应用，以及混合系统理论在验证离散事件切换控制策略时的应用。 第九章：前沿应用案例：大规模能源网格的动态优化与控制 本章通过一个具体的前沿案例——具有高度不确定性的分布式智能电网——来整合前述所有理论。案例分析将展示如何利用结构优化来设计具有高韧性的物理基础设施，并应用自适应鲁棒控制技术来应对可再生能源的间歇性波动和需求侧的随机变化。目标是实现能源流的实时最优调度，同时保证电网频率和电压的严格稳定约束。 本书为高级研究生、研究人员以及工业界工程师提供了一个从系统级设计优化到实时自适应控制实现的全面技术路线图，强调在不确定性和复杂约束下实现系统性能最大化的综合方法论。

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