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出版者:CRC

作者:John J. D'Azzo

出品人:

页数:860

译者:

出版时间:2003-08-01

价格:USD 104.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780824740382

丛书系列:

图书标签:

• 控制工程
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• 线性控制系统分析与设计
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现代控制理论与系统辨识：理论、方法与工程实践 本书简介 本书全面深入地探讨了现代控制理论的核心概念、先进分析方法以及在复杂工程系统中的设计与应用。全书旨在为读者，无论是研究人员、高级工程师还是相关专业研究生，提供一个坚实的理论基础和实用的工程视角，以应对当前工程领域日益增长的智能化和鲁棒性要求。 本书结构清晰，从基础的系统建模与状态空间表示出发，逐步深入到先进的控制系统设计技术，并辅以关键的系统辨识与参数估计方法，形成一个完整的现代控制工程知识体系。 第一部分：线性系统的状态空间理论基础 本部分着重于建立对线性时不变（LTI）和线性时变（LTV）系统的精确数学描述和分析框架。 第一章：线性系统的建模与表示 详细阐述了物理系统向数学模型转化的过程，包括机电耦合系统、热力学过程以及化学反应器的建模。重点讨论了状态空间表示法的优势，包括其对多输入多输出（MIMO）系统的自然适应性。分析了从传递函数到状态空间模型的转换，以及输入-输出（I/O）模型与状态空间模型的等价性。此外，引入了卡尔曼-雅可比（Kalman-Jacobian）方法用于非线性系统的局部线性化建模，为后续非线性控制打下基础。 第二章：线性系统的基本性质分析 深入探讨了系统的基本性质，如可控性（Controllability）和可观测性（Observability）的代数判据（如Gramian矩阵和秩判据）。详细讲解了如何利用这些判据来判断系统结构上的优劣。系统稳定性分析扩展到李雅普诺夫稳定性理论的初步介绍，侧重于利用特征值分析LTI系统的渐近稳定性。引入了模态分析，解释了系统响应如何由其固有模态决定。 第三章：线性系统的分解与规范型 本章聚焦于系统结构的清晰化。讲解了能控规范型（Controllable Canonical Form）和能观规范型（Observable Canonical Form）的构造过程，并说明了如何通过相似变换保留系统的动态特性。深入讨论了约当标准型（Jordan Canonical Form）在分析具有重复特征值系统时的重要性，以及单输入单输出（SISO）系统的约化方法。此外，探讨了系统分解的概念，如何将复杂系统分解为可控/可观测部分和不可控/不可观测部分。 第二部分：状态反馈与最优控制 本部分是现代控制设计的核心，重点在于如何通过状态信息的反馈来实现期望的系统性能。 第四章：状态反馈控制设计 详细阐述了极点配置（Pole Placement）技术，包括使用Ackermann公式进行单步计算的设计方法，以及当系统不完全可控时如何进行部分极点配置。讨论了输出反馈与状态反馈的局限性对比。引入了线性二次型调节器（LQR）的理论基础，阐述了如何通过权衡状态误差和控制努力来求解最优反馈增益。 第五章：状态观测器理论 当系统状态无法直接测量时，需要设计状态观测器。本章详细介绍了完全状态观测器（Full-Order Observer）和简化状态观测器（Reduced-Order Observer）的设计。将观测器的设计与极点配置理论相结合，讨论了分离原理（Separation Principle），即反馈增益设计和观测器设计可以独立进行。分析了观测器误差的收敛速度与观测器极点配置的关系。 第六章：线性二次高斯（LQG）控制 将状态估计（卡尔曼滤波）与最优状态反馈（LQR）相结合，形成LQG控制器。详细推导了卡尔曼滤波（Kalman Filter）的递推公式及其在最优状态估计中的作用。解释了LQG控制器的结构，并讨论了它在均方误差意义下的最优性。对比了LQG控制在实际应用中的鲁棒性挑战。 第三部分：鲁棒性、最优控制的拓展与非线性系统初步 本部分将理论扩展到更具挑战性的实际问题，包括系统性能的保证和对模型不确定性的处理。 第七章：输入-输出线性化与微分平价 针对结构良好的非线性系统，本章介绍微分平价（Differential Flatness）的概念，以及如何通过坐标变换和反馈设计实现完全状态线性化。详细阐述了输入-输出线性化（Input-Output Linearization）的设计步骤，包括计算零动态（Zero Dynamics）并分析其稳定性，确保闭环系统的全局性能。 第八章：H∞控制理论基础 系统模型的不确定性和外部扰动是实际工程中无法避免的。本章引入了H∞控制的框架，目标是最小化闭环系统从外部干扰到性能输出的加权范数。推导了基于三角不等式和不等式LMI（Linear Matrix Inequality）求解H∞控制器增益的原理。讨论了如何选择合适的加权函数来满足特定的性能和鲁棒性指标。 第九章：描述子（Descriptor）系统与奇异控制 处理那些状态空间表示中包含奇异矩阵（$mathbf{E}$矩阵不可逆）的系统，即描述子系统。讨论了描述子系统的可控性、可观测性判据的修正形式。介绍了如何对这类系统进行降阶处理或直接设计反馈控制器以保证有限维动态的稳定性。 第三部分：系统辨识与参数估计 本部分侧重于如何从实验数据中构建准确的系统模型，这是控制设计的前提。 第十章：经典最小二乘辨识 详细介绍了最小二乘（Least Squares, LS）方法在系统参数估计中的应用。推导了一次性（Batch）最小二乘估计的公式，并讲解了如何利用遗忘因子进行递推最小二乘（Recursive Least Squares, RLS）估计，以应对时变参数。讨论了数据采集的策略和模型结构选择的重要性。 第十一章：辨识模型的检验与验证 模型辨识完成后，必须对其质量进行评估。本章讲解了模型一致性检验，包括残差白性检验和互相关检验，以判断模型是否充分捕获了系统动态。介绍了模型有效性（Validation）的方法，以及如何通过残差分析来识别模型结构或噪声模型的缺陷。 第十二章：极大似然估计与基于子空间的辨识 将系统辨识提升到统计推断的高度，引入了极大似然估计（Maximum Likelihood Estimation, MLE），它在已知噪声统计特性的情况下能提供渐近最优的参数估计。随后，重点介绍了子空间辨识（Subspace Identification）方法，如N4SID算法，该方法直接利用观测数据计算系统的状态空间模型，避免了复杂的传递函数拟合过程，特别适用于MIMO系统的辨识。 本书的每一个章节都配有详实的数学推导和工程案例说明，旨在培养读者从理论分析到工程实践的综合能力。最终，读者将能够熟练运用现代控制工具来解决复杂的动态系统控制与辨识问题。

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当我翻开这本《Linear Control System Analysis and Design》时，一股严谨而系统的学术氛围扑面而来。书页的质感很棒，印刷清晰，排版也相当考究，让人在阅读时能够心无旁骛。我知道，控制系统理论，特别是线性控制系统的分析与设计，是许多工程学科的基础，也是许多高级控制技术的核心。我一直希望能系统地掌握这方面的知识，以便在我的研究方向上取得更大的突破。这本书的标题就表明了它对核心概念的关注，即“分析”与“设计”——这似乎意味着它不仅仅是理论的罗列，更包含实际的操作指导。我非常期待能够从书中学习到如何对一个系统进行建模，理解其动态特性，然后如何根据系统的性能指标设计出合适的控制器。例如，我希望能深入了解PID控制器的工作原理，以及如何根据实际需求调整其参数；我也希望能够学习到更高级的分析工具，如根轨迹、频率响应等，并理解它们在系统稳定性分析和性能评估中的作用。此外，书中是否会涉及状态空间方法？如果是的话，这对我理解多输入多输出系统将是巨大的帮助。这本书的厚度也让我觉得内容应该相当详实，希望能涵盖从基础概念到一些进阶主题的广泛内容，并且有足够的例题来帮助我理解抽象的数学模型。

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这本书的封面上“Linear Control System Analysis and Design”几个大字，在我拿到它的时候，就让我对未来几周的学习充满期待。我一直对控制系统这个领域抱有浓厚的兴趣，尤其是在理解那些精密而复杂的系统如何运作时，那种抽丝剥茧的成就感是无可比拟的。我深信，一本好的教材，不仅能传授知识，更能激发学习的热情。封面设计简洁大方，没有过多花哨的装饰，这本身就传递了一种专注于内容、务实严谨的信号。书的厚度适中，捧在手里有分量感，暗示着内容的充实，而非浅尝辄止。我尤其欣赏那种能够将抽象理论与实际应用紧密结合的书籍，能够让我们这些初学者或进阶者看到控制理论在现实世界中的广泛应用，例如在航空航天、机器人技术、自动化生产线等领域。我希望这本书能够提供清晰的理论讲解，并辅以丰富的实例和习题，让我能够通过实践来巩固理解。当然，我也期待书中能够提及一些前沿的控制技术，哪怕是简要介绍，也能让我对未来的学习方向有一个大致的了解。总而言之，这本书的出现，在我心中已经播下了求知的种子，等待我去辛勤耕耘，收获知识的果实。

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从书名《Linear Control System Analysis and Design》来看，这本书显然是对线性控制系统这一重要工程领域进行深入探讨。作为一个渴望系统性掌握工程原理的学习者，我一直认为，对一个系统的“分析”是“设计”的前提，而“设计”则是对分析结果的实际应用和优化。我期望这本书能够提供一个坚实的理论基础，帮助我理解线性系统是如何通过数学模型来描述其动态行为的。例如，我希望能清晰地理解传递函数、零极点、系统阶数等概念在系统分析中的作用。更重要的是，我非常期待书中能够详细阐述各种控制器的设计方法。我猜想，它应该会涵盖PID控制器，并可能进一步介绍更先进的设计技术，如前馈控制、反馈线性化或者模型预测控制等（尽管书名强调线性，但一些基本思想的引入也是可能的）。我希望书中能够提供完整的推导过程，并辅以丰富的实例，让我能够理解这些方法是如何应用于实际的工程问题中的。此外，关于系统性能的评价指标，如瞬态响应（超调量、调节时间）和稳态误差，我也希望书中能有清晰的讲解和分析方法，并且能够指导如何通过控制器设计来优化这些指标。这本书的篇幅和标题预示着内容的深度和广度，我对其充满期待。

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《Linear Control System Analysis and Design》这本著作，仅仅从书名就可以感受到其内容的分量和专业性。我一直对构建和控制复杂系统有着浓厚的兴趣，而线性控制理论无疑是理解这些系统运作原理的基石。我希望这本书能够提供一套逻辑清晰、条理分明的学习路径，带领我深入理解线性系统的数学模型，包括如何从物理系统的描述中推导出微分方程，再转化为传递函数或状态空间方程。我对书中关于系统稳定性分析的部分尤其感兴趣，期待能详细学习如何运用根轨迹、奈奎斯特图、伯德图等经典方法来评估系统的稳定性，以及如何通过调整控制器参数来改善稳定性。同时，作为一本“设计”导向的书籍，我非常希望能从中学到如何根据实际需求设计出性能优越的控制器。例如，对于常见的PID控制器，我希望能掌握不同整定方法的理论基础和应用场景，并理解如何根据系统的具体要求来选择和优化控制器参数。此外，我期待书中还能涵盖一些关于现代控制理论的入门内容，为我将来进一步学习非线性控制或自适应控制打下坚实的基础。如果书中能包含一些经典的控制系统设计案例，并进行详细的分析，那将是非常有价值的学习资源。

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拿到《Linear Control System Analysis and Design》这本书，我第一眼就被它沉甸甸的质感吸引住了。感觉里面一定蕴含着丰富而扎实的知识。控制理论一直是我感兴趣但又觉得有些难以捉摸的领域，特别是那些涉及数学推导和系统建模的部分。我希望这本书能够像一位循循善诱的导师，用清晰易懂的语言，引导我一步步走进线性控制系统的世界。我特别想了解的是，这本书是如何讲解系统稳定性这个核心概念的？是否会涉及Lyapunov稳定性理论，或者通过根轨迹法、频率响应法等多种方式来分析稳定性？同时，作为一本“设计”导向的书籍，我更期待它能提供一些实用的设计方法和工具。例如，在PID控制器设计方面，除了基本的整定规则，是否会介绍一些更系统化的方法？对于更复杂的系统，书中是否会涉及状态反馈、观测器设计等内容？我希望书中能够有足够多的图示和示意图，来帮助我理解抽象的数学概念，并且在每个章节之后都能有一些精心设计的练习题，让我能够动手去解决实际问题，从而加深对理论知识的理解和掌握。如果书中还能涉及一些实际的工程案例，那就更完美了，这能让我看到理论是如何转化为实际应用的。

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我觉得并不一定是书本身有问题，而是只有特定思维结构的人才能学习控制理论。我听很多人说PID这种东西在工业里最后会巧妙的陷入玄学调参围城(挣钱得还不如learning调参多)。 基本知识点应该和别的教材大同小异，没人带的话根本没法学，也不知道有什么用(也许做机械臂end effect动态力矩的控制会有帮助) 而MATLAB实践很鸡肋，只是提供直观理解，完全不会有人实装到设备去，还是要造轮子

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我觉得并不一定是书本身有问题，而是只有特定思维结构的人才能学习控制理论。我听很多人说PID这种东西在工业里最后会巧妙的陷入玄学调参围城(挣钱得还不如learning调参多)。 基本知识点应该和别的教材大同小异，没人带的话根本没法学，也不知道有什么用(也许做机械臂end effect动态力矩的控制会有帮助) 而MATLAB实践很鸡肋，只是提供直观理解，完全不会有人实装到设备去，还是要造轮子

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我觉得并不一定是书本身有问题，而是只有特定思维结构的人才能学习控制理论。我听很多人说PID这种东西在工业里最后会巧妙的陷入玄学调参围城(挣钱得还不如learning调参多)。 基本知识点应该和别的教材大同小异，没人带的话根本没法学，也不知道有什么用(也许做机械臂end effect动态力矩的控制会有帮助) 而MATLAB实践很鸡肋，只是提供直观理解，完全不会有人实装到设备去，还是要造轮子