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出版者:The Institution of Engineering and Technology

作者:M.O.Tokhi

出品人:

页数:584

译者:

出版时间:2007-1-1

价格:USD 115.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780863414480

丛书系列:

图书标签:

• 机器人学
• 柔性机器人
• 机械手
• 控制系统
• 运动规划
• 机器人动力学
• 自适应控制
• 人机协作
• 柔顺性控制
• 机器人设计

图书简介：《复杂系统动力学与控制前沿》 作者： [虚构作者姓名] 出版社： [虚构出版社名称] ISBN： [虚构ISBN] 页数： 约 650 页 出版时间： 2024 年 10 月 --- 内容概述 本书深入探讨了当前工程和科学领域中一类核心挑战——复杂系统的建模、分析与智能控制。它并非专注于单一的机械结构，而是提供了一个统一的、跨学科的理论框架，用以理解和驾驭那些具有高度非线性、时变参数、大规模相互作用以及不确定性环境下的系统行为。全书结构严谨，内容涵盖了从基础理论推导到前沿应用实例的广泛光谱，旨在为高级研究人员、博士生以及寻求突破的工程师提供一份详尽的、可操作的参考指南。 核心章节与内容详述 第一部分：复杂系统理论基础与建模范式（第 1 章 – 第 3 章） 本部分奠定了理解复杂系统动力学的基础。我们摒弃了传统的集中式建模方法，转而聚焦于分布式和多尺度建模技术。 第 1 章：非线性动力学的拓扑分析与状态估计。 详细阐述了庞加莱截面、李雅普诺夫指数在识别混沌和准周期运动中的应用。重点讨论了在高维系统中的降阶模型构建方法，特别是基于核主成分分析（KPCA）和高斯过程回归（GPR）的非参数建模技术，用以捕捉系统行为中难以用解析方程描述的部分。 第 2 章：基于图论与张量的系统描述。 引入图论和张量代数作为描述复杂网络化系统的强大工具。讨论了如何利用拉普拉斯矩阵的频谱性质来分析系统的连通性、同步性和鲁棒性。特别关注二部图在描述信息流和物理耦合系统中的应用，以及高阶张量如何有效表示多体间的非对称相互作用。 第 3 章：不确定性量化与概率建模。 复杂系统通常伴随着模型误差和环境噪声。本章详细分析了随机微分方程（SDEs）的应用，并引入区间算术和模糊逻辑来处理非概率性的不确定性。深入探讨了贝叶斯推断在系统参数估计中的迭代优化算法。 第二部分：先进控制理论与鲁棒性设计（第 4 章 – 第 6 章） 本部分将理论知识转化为实际控制策略，特别关注在模型不完全或外界干扰剧烈情况下的系统性能保证。 第 4 章：自适应与学习型控制架构。 侧重于系统参数随时间变化的控制设计。详细介绍了基于模型的自适应控制（MRAC），特别是其切换（Switching）和基于证据的（Evidential）变体。同时，本章引入了基于模型的强化学习（MBRL），利用系统动力学模型加速策略搜索，有效解决了传统强化学习样本效率低下的问题。 第 5 章：分布式与协同控制。 针对由多个自治单元构成的复杂系统，探讨了实现全局目标的去中心化控制方法。内容包括一致性算法（Consensus Algorithms）的收敛性分析、基于屏障函数的分布式优化，以及在通信受限（如带宽或时延）情况下的事件触发（Event-Triggered）控制设计。 第 6 章：复杂系统的高级鲁棒性分析。 超越传统的 $H_{infty}$ 控制，本章关注系统在极端扰动下的生存能力。引入了逆优化（Inverse Optimization）来推断潜在的攻击者或扰动源的策略，并应用控制障碍函数（Control Barrier Functions, CBF）来确保系统在非完整约束下的安全性能，尤其适用于需要实时避免特定状态集合的场景。 第三部分：复杂系统的前沿应用与案例研究（第 7 章 – 第 9 章） 本部分将理论模型应用于当前热点领域，展示复杂系统分析方法的普适性。 第 7 章：大规模能源网络中的动态稳定性。 聚焦于智能电网（Smart Grids）。分析了分布式发电单元（如风能、太阳能）接入后对电网惯量和电压稳定性的冲击。重点讨论了模型预测控制（MPC）在协调储能设备与负荷需求方面的实时优化调度。 第 8 章：生物医学工程中的时空耦合系统。 探讨了从细胞群体行为到器官功能网络（如心肌网络）的复杂动力学建模。应用反应-扩散方程来描述空间异质性，并利用网络动力学分析药物干预对疾病传播或组织修复过程的影响。 第 9 章：计算物理中的高保真仿真与逆向工程。 讨论了如何利用高精度数值方法（如有限元法或谱方法）来求解高度耦合的偏微分方程组。本章还介绍了系统辨识技术如何从实验观测数据中反向推导出系统的潜在物理定律和相互作用强度，这对于理解未知物理现象至关重要。 本书特色 1. 理论的综合性： 本书首次将控制理论、图论、概率统计和拓扑数据分析等多个学科的核心概念统一在一个关于“复杂系统”的框架下进行论述。 2. 数学的严谨性： 提供了大量的定理证明和关键算法的数学推导，确保读者能够理解控制策略背后的深刻数学原理，而非仅仅停留在应用层面。 3. 方法的实用性： 尽管理论深入，但每一章节的末尾都附有详细的伪代码和仿真验证建议，指导读者如何将这些高级工具转化为实际可行的计算方案。 目标读者 本书是为具备扎实的线性系统理论和初步非线性控制知识的研究生、博士后研究人员，以及需要解决高度非线性、多变量耦合问题的工业研发人员量身定制的深度参考资料。它要求读者对微积分、线性代数和微分方程有熟练的掌握。

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