机电一体化系统设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:董景新

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2007-1

价格:31.00元

装帧:

isbn号码:9787111221548

丛书系列:

图书标签:

• 机电一体化
• 系统设计
• 自动化
• 控制工程
• 机械工程
• 电气工程
• 传感器
• 执行器
• 建模与仿真
• 工业自动化

好的，以下是为您构思的一份图书简介，该书名为《现代控制理论基础与应用》，内容聚焦于控制系统的理论构建与实践，避开了《机电一体化系统设计》中的具体机电整合内容： --- 现代控制理论基础与应用 探索自动化的核心驱动力 作者： [此处可留空或填入虚构作者名] 出版社： [此处可留空或填入虚构出版社名] 页数： 约 750 页 装帧： 精装/平装 --- 内容概述：从数学建模到复杂系统控制 《现代控制理论基础与应用》旨在为读者构建一个严谨、系统且富有实践指导意义的现代控制理论知识体系。本书超越了传统的经典控制范畴，深入探讨了在复杂、多变量、时变系统环境下，如何运用先进的数学工具和算法实现对物理和工程过程的精确、鲁棒控制。全书结构清晰，逻辑递进，理论推导详实，并配有大量工程实例，确保读者不仅能理解理论精髓，更能将其转化为实际问题的解决方案。 本书共分为五大部分，共计二十二章，构建了一个从基础理论到前沿应用的完整学习路径。 --- 第一部分：控制系统的数学基础与建模（第1-5章） 本部分聚焦于控制系统分析的先决条件——精确的数学描述。我们从更广阔的视角审视信号与系统的本质，为后续的复杂理论打下坚实基础。 第1章：状态空间描述的引入与必要性 详细阐述了为何需要从传递函数模型转向状态空间模型，特别是在处理多输入多输出（MIMO）系统、系统内部耦合特性以及非零初始条件问题时的优势。引入线性微分方程组的标准形式。 第2章：线性定常系统的矩阵分析与对角化 复习和深化矩阵理论在控制领域的核心应用，重点讲解系统的模态分析、特征值与特征向量的物理意义，以及如何通过相似变换实现系统的解耦和简化。 第3章：线性系统的能控性与可观性理论 这是现代控制理论的基石。详细推导卡尔曼能控性判据和卡尔曼可观性判据，并通过大量的拓扑结构和数值算例，解释一个系统是否可以通过输入完全控制其状态，以及是否可以通过输出完全观测其内部状态。 第4章：非线性系统的描述与分析 超越线性的局限，本书引入李雅普诺夫稳定性理论的初步概念，并探讨了平衡点分析、相平面法（针对二阶系统）以及描述函数法在定性分析非线性系统行为方面的应用。 第5章：系统的辨识与参数估计简介 在实际工程中，精确模型往往难以获得。本章简要介绍系统辨识的基本框架，包括输入信号的选择（如伪随机信号）和基于最小二乘法的参数估计方法，为构建“黑箱”或“灰箱”模型提供工具。 --- 第二部分：线性系统设计与极点配置（第6-10章） 本部分是现代控制设计方法的实践核心，重点在于如何通过状态反馈来精确塑造系统的动态行为。 第6章：极点配置（Pole Placement）原理 深入讲解通过状态反馈矩阵 $K$ 影响系统特征多项式，从而将系统极点任意配置到期望位置的理论依据。详细阐述 Ackermann 公式及利用 Luenberger 观测器结合极点配置的方法。 第7章：最优控制基础：LQR 设计 引入最优控制的思想，阐述如何根据性能指标（性能与控制努力的权衡）来设计反馈控制器。详尽推导代数黎卡提方程 (ARE) 的求解方法，并给出线性二次型调节器 (LQR) 的设计步骤。 第8章：输出反馈与动态控制器设计 鉴于完全状态反馈在工程上的困难性，本章重点探讨了利用部分状态或输出进行反馈设计的方法，包括特鲁曼（ পর্যবেক্ষ）反馈和基于 LQR 理论的输出反馈方法。 第9章：状态观测器设计：卡尔曼滤波器的理论基础 系统地介绍 Luenberger 观测器和卡尔曼滤波器的设计。重点阐述卡尔曼滤波器的递推公式，它如何在含有随机噪声的实际环境中，提供对系统状态的最佳线性无偏估计（Minimum Variance Unbiased Estimation）。 第10章：复合控制结构：反馈与观测器的集成 将状态反馈控制器与状态观测器相结合，形成完整的闭环系统（分离原理的理论基础），并分析观测器误差对控制性能的影响及稳定裕度分析。 --- 第三部分：鲁棒性与不确定性下的控制（第11-15章） 面对现实世界中模型误差、参数扰动和外部干扰，本部分聚焦于如何设计出具有高鲁棒性的控制器。 第11章：描述鲁棒性的数学工具：奇异值分解与范数 引入矩阵范数、奇异值分解（SVD）以及霍夫曼（H-infinity）范数，用以量化系统输入输出映射的增益特性，为鲁棒性分析奠定数学基础。 第12章：鲁棒性分析：结构不确定性与参数不确定性 分析不同类型不确定性（如界限不确定性、动态不确定性）如何影响系统闭环稳定性，包括小增益定理的应用。 第13章：H-infinity 控制器设计概述 系统介绍 $ ext{H}_infty$ 控制器的设计理念，即最小化闭环系统从干扰输入到性能输出的 $ ext{H}_infty$ 范数。推导其核心的三角不等式约束和对应的线性矩阵不等式 (LMI) 求解框架。 第14章：滑模变结构控制（SMC） 作为一种应对强不确定性和外部干扰的非线性鲁棒控制方法，本书详细讲解滑模控制器的设计原理，包括滑动面设计、等效控制力计算以及“抖振”现象的分析与抑制策略。 第15章：自适应控制的基本概念 引入控制系统在未知或缓慢变化的系统参数下的应对策略。简要介绍基于模型的参考自适应控制 (MRAC) 的核心思想和参数自整定机制。 --- 第四部分：非线性控制的深入探讨（第16-19章） 本部分将读者带入更具挑战性的非线性控制领域，专注于保证稳定性和特定性能。 第16章：李雅普诺夫稳定性理论的深化 详述李雅普诺夫第二法（直接法）在分析非线性系统全局稳定性和区域稳定性中的应用，并介绍构造合适的李雅普诺夫函数的方法。 第17章：反馈线性化技术 针对某些特定的非线性系统，介绍通过坐标变换和非线性状态反馈，将系统转化为线性形式，从而应用线性控制技术的设计流程。 第18章：回馈势能设计与备份一致性 探讨如何利用物理系统的势能概念设计李雅普诺夫函数，特别是针对某些保守系统（如机械系统）如何设计出易于分析和实现的稳定控制器。 第19章：微分平坦性与预见性控制 介绍微分平坦性的概念，以及如何利用这一特性简化复杂非线性系统的分析和控制设计。 --- 第五部分：高级主题与前沿应用（第20-22章） 本部分为读者拓展视野，介绍在现代工程实践中越来越重要的控制方法。 第20章：离散时间系统分析与数字控制 将连续时间理论映射到离散时间域，讲解 Z 变换、脉冲响应，以及离散时间状态空间模型的构建与极点配置，为实际数字控制器设计做准备。 第21章：预测控制（MPC）原理与结构 详述模型预测控制（Model Predictive Control）的核心框架，包括在线优化问题、滚动时域和约束处理机制，展示其在处理复杂输入/输出约束系统中的强大能力。 第22章：网络化控制系统的挑战 探讨在通信网络中进行控制信号传输时面临的延迟、丢包和网络带宽限制等问题，以及相应的控制设计对策，如采样数据控制和时滞系统控制的基础概念。 --- 读者对象与特色 本书面向控制工程、自动化、航空航天、电子信息等领域的高年级本科生、研究生以及从事系统设计与研发的工程师。 本书特色： 1. 理论深度与广度兼备： 覆盖了从经典到现代，从线性到非线性，从确定性到随机性的主要控制理论分支。 2. 严谨的数学推导： 所有核心定理和方法的推导过程清晰完整，帮助读者理解“为什么”有效。 3. 聚焦工程实践： 大量穿插了 LQR、卡尔曼滤波、H-infinity 等工程界应用最广泛的工具包，并通过MATLAB/Simulink 仿真示例（虽不包含具体代码，但描述了仿真场景和预期结果）加强理解。 4. 强大的自学支持： 章节间的逻辑衔接流畅，确保读者能有效串联起状态空间、最优、鲁棒三大核心设计思想。 《现代控制理论基础与应用》将是您深入理解和掌握复杂系统自动控制技术的必备参考书。 ---

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