时滞系统鲁棒控制 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:吴敏 何勇

出品人:

页数:229

译者:

出版时间:2008-5

价格:48.00元

装帧:

isbn号码:9787030212139

丛书系列:

图书标签:

• 时滞系统
• 鲁棒控制
• 控制理论
• 系统控制
• 自适应控制
• 优化控制
• 非线性控制
• 工程应用
• 数学模型
• 稳定性分析

《时滞系统鲁棒控制》 前言 动态系统的建模与控制是工程科学的核心课题之一。在实际的工程应用中，许多系统会不可避免地引入时间延迟，即系统的输出或输入并非即时响应，而是存在一段时间的滞后。这种“时滞”现象广泛存在于诸多领域，例如通信网络中的信号传输延迟、生物系统中细胞间的信号传递延迟、机械系统中液压或气动部件的响应延迟、以及化学反应器中的物料输运延迟等。时滞的存在，显著增加了系统的复杂性，并可能导致系统性能下降，甚至出现振荡、不稳定等不良后果。因此，如何有效地设计控制器来应对时滞系统，是控制理论与工程实践中的一个重要挑战。 鲁棒控制，顾名思义，旨在设计一种控制器，使其在系统参数存在不确定性或外部干扰的情况下，仍然能够保持系统良好的性能和稳定性。在时滞系统的背景下，这种鲁棒性要求就显得尤为重要，因为时滞本身就可能引入不确定性，而系统固有参数的不确定性以及外部扰动也同时存在。因此，结合时滞系统的特性与鲁棒控制的需求，发展针对时滞系统的鲁棒控制策略，是实现系统可靠运行和性能优化的关键。 本书《时滞系统鲁棒控制》正是致力于深入探讨这一重要课题。本书旨在为读者提供一个系统、全面且深入的时滞系统鲁棒控制理论与方法。我们将从时滞系统的基本概念出发，逐步深入到各种先进的鲁棒控制技术在时滞系统中的应用。本书不仅涵盖了理论研究的前沿进展，也注重实际工程应用的可能性，力求理论与实践相结合。 内容概述 第一章：时滞系统的基础理论 本章将为读者打下坚实的基础，详细介绍时滞系统的基本概念、数学建模方法以及时滞对系统动力特性的影响。 时滞的分类与表现形式： 介绍不同类型的时滞，如固定时滞、时变时滞、分布时滞等，并分析它们在不同系统中的具体表现。 时滞系统的数学模型： 探讨如何将带有时滞的物理过程转化为数学模型，重点介绍泛微分方程（DDEs）的表示方法，以及如何将其转化为更便于分析的代数形式或状态空间模型。 时滞对系统稳定性的影响： 分析时滞如何改变系统的特征方程，从而影响系统的稳定性，包括右半平面零点的出现、特征值在虚轴上的迁移等。 时滞系统的基本分析工具： 介绍用于分析时滞系统特性的常用方法，如Lyapunov-Krasovskii方法，以及一些图解分析技术。 第二章：时滞系统的鲁棒稳定性分析 在控制器设计之前，深入理解时滞系统在不确定性存在下的稳定性是至关重要的。本章将聚焦于时滞系统的鲁棒稳定性分析。 系统不确定性的描述： 介绍如何对时滞系统中存在的参数不确定性、结构不确定性等进行数学描述，例如区间不确定性、范数界不确定性等。 时滞系统鲁棒稳定性判据： 探讨针对不同类型不确定性的时滞系统，开发有效的鲁棒稳定性判据。这将包括基于Lyapunov-Krasovskii函数的分析方法，以及一些更为精细的代数判据。 不确定性对稳定性的影响分析： 量化分析不确定性对时滞系统稳定裕度的影响，为后续的控制器设计提供依据。 区间时滞系统与多时滞系统的鲁棒稳定性： 讨论更复杂时滞模型下的鲁棒稳定性分析方法。 第三章：基于Lyapunov-Krasovskii方法的时滞系统鲁棒控制器设计 Lyapunov-Krasovskii方法是分析和设计时滞系统稳定性的强大工具。本章将深入研究如何利用该方法设计鲁棒控制器。 Lyapunov-Krasovskii函数的设计： 探讨如何构造适合于时滞系统的Lyapunov-Krasovskii函数，以及如何选择合适的函数形式来导出控制器的设计条件。 线性矩阵不等式（LMIs）在时滞鲁棒控制中的应用： 重点介绍将Lyapunov-Krasovskii方法与LMIs相结合，以方便地求解控制器参数。这将涉及将复杂的控制问题转化为一系列可以高效求解的LMIs。 基于LMIs的鲁棒状态反馈控制器设计： 针对时滞系统，推导基于LMIs的状态反馈控制器设计方法，确保系统在参数不确定性下的鲁棒稳定性。 鲁棒积分控制器与鲁棒PID控制器设计： 拓展Lyapunov-Krasovskii方法，介绍如何设计具有积分作用或PID形式的鲁棒控制器，以进一步提升系统的跟踪性能和抗干扰能力。 第四章：基于模型变换的时滞系统鲁棒控制 除了直接在时滞模型上进行分析，将时滞系统转化为等价的无时滞系统也是一种有效的控制策略。本章将介绍基于模型变换的鲁棒控制方法。 无穷维模型到有限维模型的近似： 讨论如何通过各种近似技术，将无穷维的时滞系统模型转化为有限维的模型，从而可以使用成熟的有限维系统控制理论。 频域分析方法在时滞系统中的应用： 介绍如何利用频域分析工具，如Bode图、Nyquist图等，来分析时滞系统的频率响应特性，并在此基础上设计鲁棒控制器。 基于零极点配置的鲁棒控制： 探讨如何通过调整系统的零极点位置，来达到鲁棒稳定性和性能指标的要求。 H∞与H2范数优化在时滞系统中的应用： 介绍如何利用H∞和H2范数来量化系统性能，并在此基础上设计最优或次优的鲁棒控制器。 第五章：基于观测器的时滞系统鲁棒控制 在许多实际应用中，系统的所有状态变量可能无法直接测量，此时就需要设计状态观测器来估计状态。本章将关注基于观测器的时滞系统鲁棒控制。 时滞系统的状态观测器设计： 介绍如何设计适用于时滞系统的状态观测器，以准确估计系统的内部状态。 鲁棒状态观测器的设计： 讨论在系统参数不确定性的情况下，如何设计鲁棒的状态观测器，使其估计性能不受不确定性的影响。 基于观测器的鲁棒状态反馈控制器设计： 将状态观测器与状态反馈控制器相结合，形成全态反馈控制系统，并分析其鲁棒性。 鲁棒输出反馈控制器设计： 进一步将观测器和控制器进行融合，设计直接基于系统输出的鲁棒输出反馈控制器。 第六章：特定时滞系统类型的鲁棒控制 本章将针对一些常见但特殊的时滞系统类型，深入探讨其鲁棒控制的设计方法。 网络控制系统（NCS）的鲁棒控制： 网络延迟是NCS中的关键时滞因素。本章将分析网络延迟对系统性能的影响，并提出相应的鲁棒控制策略，如基于丢包补偿的控制器设计、基于调度和带宽感知的控制器设计等。 分布时滞系统的鲁棒控制： 对于分布时滞，其模型描述更为复杂。本章将介绍如何对分布时滞进行建模，并分析其对系统鲁棒性的影响，以及相应的鲁棒控制方法。 非线性时滞系统的鲁棒控制： 线性化方法在处理非线性时滞系统时存在局限性。本章将介绍一些适用于非线性时滞系统的鲁棒控制技术，如反馈线性化、滑模控制等。 第七章：时滞系统鲁棒控制的先进技术与前沿研究 本章将介绍一些时滞系统鲁棒控制领域的最新进展和前沿研究方向，为读者提供进一步探索的思路。 自适应鲁棒控制： 介绍如何在系统参数发生变化或未知时，控制器能够自适应地调整其参数，以维持系统的鲁棒性和性能。 模糊与神经网络在时滞鲁棒控制中的应用： 探讨如何利用模糊逻辑和神经网络的强大建模和学习能力，来处理复杂的非线性时滞系统，并实现鲁棒控制。 模型预测控制（MPC）在时滞系统中的应用： 介绍如何将MPC的思想应用于时滞系统，利用其对未来行为的预测能力来优化控制性能，并考虑鲁棒性。 分布式时滞系统的鲁棒控制： 随着多智能体系统和分布式控制的发展，分布式时滞系统的鲁棒控制成为一个重要的研究方向。 第八章：工程应用实例 理论联系实际是本书的宗旨之一。本章将通过具体的工程实例，展示时滞系统鲁棒控制理论的实际应用价值。 机器人控制中的时滞鲁棒控制： 分析机器人手臂、移动机器人等系统中存在的通信延迟、执行器延迟等，并设计相应的鲁棒控制器。 过程控制中的时滞鲁棒控制： 以化工、冶金等行业的生产过程为例，说明如何处理物料输运、反应动力学中的时滞，并实现过程的稳定和优化控制。 航空航天中的时滞鲁棒控制： 探讨飞机、卫星等系统中的传感器、执行器延迟，以及通信延迟等，并应用鲁棒控制技术保证飞行安全。 生物医学工程中的时滞鲁棒控制： 举例说明如药物输送系统、生理信号调节等应用中时滞的存在，以及如何进行鲁棒控制。 结论 本书《时滞系统鲁棒控制》旨在为读者提供一个 comprehensive 的学习平台，从基础理论到前沿技术，从分析方法到控制器设计，再到具体的工程应用，全方位地展现了时滞系统鲁棒控制的魅力与挑战。我们希望通过本书，能够帮助读者深入理解时滞系统鲁棒控制的核心思想，掌握实用的分析与设计工具，并激发读者在该领域的进一步研究和创新。 面对复杂多变的现实世界，时滞系统及其鲁棒控制的研究仍将是一个持续而充满活力的领域。我们期望本书能够成为广大科研人员、工程技术人员以及相关专业学生在这一领域的重要参考和学习资源。

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这本书的深度和广度简直令人咋舌，它不仅仅是一本理论专著，更像是一部引领我进入复杂系统控制前沿的百科全书。我原以为控制理论的书籍总是充斥着枯燥的数学公式和抽象的符号，但作者的叙述方式却充满了洞察力。尤其是在处理那些瞬时响应无法完全预测的系统时，那种对时间延迟这一“顽疾”的深刻剖析，让人茅塞顿开。它没有止步于经典控制的范畴，而是勇敢地迈入了非线性、不确定性并存的现实世界。书中对各种先进的鲁棒性指标的引入和构建，比如$H_infty$范数在处理外部干扰时的有效性展示，逻辑清晰，推导详实。阅读过程中，我反复停下来思考那些复杂的数学模型如何精确地映射到工程实践中可能遇到的抖振、漂移等问题。对于任何一个希望将控制理论知识从书本提升到解决实际工程难题的工程师来说，这本书无疑是一份不可多得的指南，它提供的框架和工具箱，远比我预想的要丰富得多。那种将理论与工程无缝衔接的写作手法，着实体现了作者深厚的学术功底和丰富的实践经验。

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当我翻开这本书时，首先被它结构上的平衡感所吸引。它没有盲目追求新颖的算法堆砌，而是花了大量的篇幅来巩固那些最基础却又最核心的鲁棒性设计原则。特别是关于不确定性的建模部分，作者展示了如何从物理直觉出发，逐步转化为数学上的区间或多面体描述，这对于我理解结构化不确定性时的挑战至关重要。书中对时滞项的处理方式非常巧妙，它不像有些教材那样将时滞视为一个简单的移位操作，而是将其与系统的固有动态特性紧密结合起来分析。这种深入骨髓的耦合分析，使得我在面对非均匀时滞或分布时滞的问题时，有了一套更具韧性的分析工具。书中关于状态反馈与观测器设计的章节，尤其精彩，它清晰地展示了如何通过精心设计的补偿器，在保证系统稳定性的前提下，最大限度地压制外部噪声和模型误差的影响。读完这部分内容，我感觉自己对“设计一个能容错的系统”有了更深层次的敬畏。

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这本书的行文风格非常沉稳，带着一种老派工程学著作特有的严谨和一丝不苟，但其核心内容却极为现代。我尤其欣赏作者在阐述核心概念时，总能巧妙地穿插历史背景和不同学派的观点对比，这使得理解那些看似孤立的控制策略之间内在的联系变得顺理成章。例如，在讨论李雅普诺夫稳定性分析时，作者并未直接给出结论，而是循序渐进地引导读者理解“能量”和“耗散”在时间延迟系统稳定判定中的关键作用。这种教学方法，与其说是“教”，不如说是“引”，引导读者自己去发现结论。虽然部分章节的数学推导需要读者具备扎实的微积分和线性代数基础，但作者在关键步骤上的注释和图形化的辅助解释，极大地降低了理解难度。对于我这种喜欢刨根问底的读者而言，这本书提供了足够的细节去验证每一个结论，而不是仅仅接受表面的陈述。它更像是一位经验丰富的大师，耐心地为你拆解一个复杂机械的每一个齿轮运作原理。

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这本书的论述体系极具前瞻性，它不是对过去知识的简单总结，而是对未来控制研究方向的深刻预判。我特别关注到其中关于自适应控制与时滞鲁棒性相结合的部分，这在目前许多新兴的智能控制和网络化控制的研究中都扮演着关键角色。作者没有回避当前学术界尚未完全解决的难题，而是坦诚地指出了限制当前鲁棒控制性能的瓶颈所在，例如高维系统的鲁棒镇定化计算复杂性问题。这种直面挑战的态度，极大地激发了我继续深究的兴趣。书中的图表设计精美且信息量大，很多复杂的相平面轨迹和根轨迹的演变图，比纯文字描述更具冲击力，让人一眼就能捕捉到系统行为的本质变化。对于从事前沿研究的人来说，这本书提供的不仅仅是知识，更是一种研究方法的启示，它教会我们如何用最严格的数学工具去驾驭那些最难以捉摸的工程现象。

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坦白说，这本书的阅读体验是渐入佳境的。初读时，那些关于时滞系统的特征方程和无穷维状态空间的讨论，确实让我感到一丝压力，因为它要求读者跳出对有限维系统的固有思维定式。然而，一旦跨过这个门槛，后续章节中展示的各种创新性解决方案简直令人振奋。作者似乎对工程实现中的“边界条件”有着近乎偏执的关注，书中很多关于离散化和有限精度计算的讨论，虽然篇幅不多，但却是点睛之笔。它提醒我们，理论的完美必须让位于现实的可操作性。特别是关于延迟微分方程的数值解法和稳定性边界的计算工具箱介绍，提供了极高的实用价值。这本书的价值在于，它不仅告诉你“是什么”，更重要的是告诉你“如何才能在有误差和延迟的情况下，依然让系统可靠地工作下去”。它构建了一个坚实的理论防线，让你在面对现实世界中那些不可避免的“不完美”时，心中有数，手中有策。

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