Control Systems Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:Norman S. Nise

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-3

价格:1010.00元

装帧:

isbn号码:9780471366010

丛书系列:

图书标签:

• 控制系统工程
• 控制理论
• 自动控制
• 系统工程
• 反馈控制
• 建模与分析
• 控制器设计
• MATLAB控制工具箱
• 现代控制理论
• 线性系统

《现代控制理论及其应用》 一、 核心概念与理论基础 本书旨在深入剖析现代控制理论的核心概念和数学框架，为读者构建一套严谨而系统的理论体系。我们将从最基础的线性系统理论出发，逐步深入到状态空间表示、传递函数矩阵、系统稳定性分析以及能控性与可观性等关键要素。 1. 线性系统理论： 数学建模： 详细介绍描述线性动态系统的常用数学工具，包括微分方程、传递函数以及频域分析方法。重点阐述如何将实际物理过程抽象为数学模型，这是所有控制系统设计的第一步。我们将涵盖线性常系数微分方程组的解法，以及如何利用拉普拉斯变换将时域问题转化为频域问题，从而简化分析。 系统响应： 分析线性系统对典型输入信号（如单位阶跃、单位脉冲、正弦信号）的响应特性，包括瞬态响应和稳态响应。理解响应特性对于评估系统的性能至关重要，例如速度、超调量、稳态误差等。我们将探讨影响响应特性的系统参数，以及如何通过调整参数来优化系统性能。 框图与信号流图： 介绍系统框图和信号流图的绘制与简化方法，这是一种直观表示系统内部结构和信号流动的方式，有助于理解复杂的系统构成和分析系统之间的相互作用。 2. 状态空间方法： 状态向量与状态方程： 引入“状态”这一核心概念，即能够完全表征系统在任意时刻内部状况的最小变量集合。详尽阐述如何建立系统的状态方程，这是一种描述系统动态行为的一阶微分方程组。我们将详细解析状态向量的选择原则，以及如何从物理结构推导出状态方程。 传递函数矩阵与状态空间的关系： 探讨状态空间表示与传递函数之间的相互转换。理解这种转换对于在不同分析框架下进行问题求解具有重要意义。我们将展示如何从状态空间方程导出系统的传递函数矩阵，反之亦然。 线性定常系统（LTI）分析： 重点研究线性定常系统的特性，这是现代控制理论分析的基础。我们将深入探讨线性系统解的构成，以及如何通过特征值和特征向量来揭示系统的动态行为。 3. 系统稳定性分析： 概念与定义： 清晰界定不同类型的稳定性，包括平衡点稳定性、李雅普诺夫稳定性以及渐近稳定性。理解稳定性的概念是设计可靠控制系统的前提，任何系统都需要在允许的范围内保持稳定。 李雅普诺夫稳定性理论： 深入介绍李雅普诺夫直接法和间接法，这两种强大的数学工具可以无需求解微分方程组即可判断系统的稳定性。我们将通过构造李雅普诺夫函数来证明系统的稳定性，并探讨如何选择合适的李雅普诺夫函数。 根轨迹法与奈奎斯特判据： 在频域分析中，我们将回顾和深化对根轨迹法和奈奎斯特判据的理解，重点在于它们如何反映系统闭环极点位置的变化以及系统稳定性的裕度。 4. 能控性与可观性： 能控性： 定义并分析系统的能控性，即是否可以通过控制输入将系统从任意初始状态转移到任意目标状态。我们将介绍能控性矩阵及其判断方法，并探讨如何利用能控性信息来设计状态反馈控制器。 可观性： 定义并分析系统的可观性，即是否可以通过测量系统的输出信号来确定系统的内部状态。我们将介绍可观性矩阵及其判断方法，并探讨可观性在状态估计器设计中的作用。 能控规范型与可观性规范型： 引入这些标准化的系统表示形式，它们有助于简化分析和控制器设计，同时保持系统的基本动态特性。 二、 控制器设计方法 在掌握了现代控制理论的基础之后，本书将着重介绍各种先进的控制器设计方法，旨在使系统达到预期的性能指标，如快速响应、无超调、零稳态误差等。 1. 状态反馈控制： 极点配置： 详细介绍如何通过状态反馈来任意配置闭环系统的极点位置，从而达到期望的动态响应。我们将推导极点配置的公式，并讨论其在多输入多输出（MIMO）系统中的应用。 最优控制： 引入最优控制的基本概念，特别是线性二次型调节器（LQR）。我们将阐述如何选择代价函数，以在性能和控制能量之间取得平衡。LQR是一种广泛应用的、能够提供系统最优性能的控制器设计方法。 观测器设计： 当系统状态无法直接测量时，需要设计状态观测器来估计系统状态。我们将介绍各种类型的观测器，如状态重构器（Observer）和卡尔曼滤波器（Kalman Filter），并阐述其设计原理和应用场景。 2. PID控制器设计与分析： PID控制原理： 尽管PID控制器属于经典控制范畴，但本书将从现代控制的视角对其进行深入分析，揭示其在状态空间中的内在联系。我们将详细阐述比例（P）、积分（I）和微分（D）项的作用，以及它们对系统响应的影响。 整定方法： 介绍多种PID参数整定方法，包括经验方法（如Ziegler-Nichols法）和基于模型的方法。重点在于理解这些方法背后的原理，以及如何根据实际系统特性选择合适的整定策略。 PID控制器在现代系统中的应用： 探讨PID控制器在现代复杂系统中的应用，以及如何将其与其他先进控制技术相结合，以克服传统PID控制器的局限性。 3. 鲁棒控制与自适应控制： 鲁棒控制： 面对系统参数不确定性或外部扰动，鲁棒控制方法旨在设计能够在一定不确定范围内保持稳定性和性能的控制器。我们将介绍H∞控制、μ-综合等鲁棒控制理论，并分析其在实际工程中的应用。 自适应控制： 当被控对象的参数随时间变化时，自适应控制方法能够实时调整控制器参数以适应系统变化。我们将探讨自适应控制器的基本原理，如模型参考自适应控制（MRAC）和自适应观测器（AOC），并讨论其在非线性、时变系统中的应用。 4. 模糊逻辑控制与神经网络控制： 模糊逻辑控制： 介绍模糊逻辑的原理及其在控制系统中的应用。我们将阐述模糊规则的构建、模糊推理过程以及模糊控制器的设计方法，特别适用于难以建立精确数学模型的非线性系统。 神经网络控制： 探索利用神经网络的强大学习和逼近能力来设计控制器。我们将介绍前馈神经网络、循环神经网络等在控制问题中的应用，以及如何利用在线学习和离线训练来优化控制器性能。 三、 工程实践与应用 本书的最后部分将聚焦于现代控制理论在各工程领域的实际应用，通过丰富的案例研究，帮助读者将理论知识转化为解决实际工程问题的能力。 1. 机器人控制： 运动学与动力学建模： 介绍机器人系统的运动学和动力学建模方法，这是实现精确机器人控制的基础。 轨迹规划与跟踪： 探讨如何为机器人规划平滑、高效的运动轨迹，并设计控制器实现轨迹的精确跟踪。 力控制与柔顺控制： 介绍机器人与环境交互时的力控制和柔顺控制技术。 2. 航空航天控制： 飞行器姿态控制： 分析飞机、导弹、航天器等飞行器的姿态控制系统设计，包括自动驾驶仪、飞控计算机等。 轨道控制与变轨控制： 探讨卫星、行星探测器等在太空中的轨道控制与变轨技术。 飞行控制律设计： 结合空气动力学和控制理论，设计满足特定飞行性能要求的控制律。 3. 工业过程控制： 化工过程控制： 分析炼油、化肥生产等复杂化工过程的自动化控制策略，包括温度、压力、流量等参数的调节。 电力系统稳定控制： 探讨发电机组的励磁控制、稳态电压控制以及电力系统的频率稳定控制。 生产线自动化： 介绍在制造业中，如装配线、包装线等自动化生产线的控制系统设计。 4. 汽车电子与自动驾驶： 发动机控制单元（ECU）： 介绍ECU在燃油喷射、点火正时等方面的控制功能。 电子稳定程序（ESP）： 分析ESP在提高车辆行驶稳定性方面的作用。 自动驾驶辅助系统（ADAS）： 探讨自适应巡航控制（ACC）、车道保持辅助（LKA）等ADAS系统的控制原理。 自动驾驶技术： 深入研究自动驾驶汽车的感知、决策与控制系统。 5. 其他应用领域： 生物医学工程： 探讨生物信号处理、医疗器械控制（如呼吸机、起搏器）等。 经济与金融建模： 简要介绍控制理论在宏观经济调控、金融市场预测等领域的潜在应用。 交通系统控制： 分析智能交通系统中的信号灯控制、车流管理等。 本书力求在理论深度和工程应用之间取得平衡，通过清晰的讲解、严谨的推导和丰富的实例，帮助读者掌握现代控制理论的核心知识，并具备将其应用于解决实际工程问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆