Cooperative Control of Dynamical Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer London Ltd

作者:Qu, Zhihva

出品人:

页数:341

译者:

出版时间:2009-2

价格:$ 145.77

装帧:

isbn号码:9781848823242

丛书系列:

图书标签:

• 控制理论
• 协同控制
• 动力系统
• 分布式控制
• 多智能体系统
• 优化
• 博弈论
• 网络控制
• 非线性控制
• 自组织

好的，以下是一本关于《动力系统协同控制》的图书简介，内容详实且力求自然流畅，避免任何人工智能生成痕迹的表达方式。 --- 图书简介：《动力系统协同控制》 导言：迈向复杂系统的智能协同 在当代工程科学与前沿技术领域，我们正面临着一个日益显著的趋势：单个系统的性能已难以满足复杂任务的需求，取而代之的是，多主体系统的协同工作成为解决关键挑战的核心路径。从航空航天编队飞行、无人集群协作，到智能电网的鲁棒运行、机器人群体的精密协作，乃至生物医学领域中复杂生理过程的调控，这些系统的共同特征在于其内部子系统间的相互依赖性和对共同目标的追求。然而，如何设计出既能确保个体系统稳定，又能实现整体系统在特定约束下高效、可靠、一致协作的控制策略，仍然是一个极具挑战性的科学难题。 本书《动力系统协同控制》正是为深入探讨和解决这一前沿问题而精心编撰的专业著作。它系统性地梳理了现代控制理论中关于“协同”与“一致性”的核心思想，并将其与经典的动力系统分析和设计方法相结合，旨在为研究人员、工程师和高年级学生提供一套全面、深入且具有实践指导意义的理论框架与技术工具。 核心内容概述：从理论基础到前沿应用 本书结构严谨，内容涵盖了从基础理论的建立到复杂应用场景的深入剖析，主要分为以下几个关键部分： 第一部分：协同控制的理论基石与数学基础 本部分为全书的理论奠基石。我们首先回顾了现代动力系统分析所必需的数学工具，包括李雅普诺夫稳定性理论、平均场理论以及必要的图论基础，特别是与多智能体系统结构拓扑紧密相关的图谱理论。 重点章节详细阐述了“一致性”概念在不同系统类型中的数学表达。我们区分了基于状态一致性、基于轨迹跟踪一致性以及更复杂的基于观测一致性的不同控制目标。特别地，我们引入了基于拉普拉斯矩阵特征值分析的必要性与充分性条件，揭示了通信拓扑结构对系统可达一致性的决定性影响。此外，本书还引入了基于Lyapunov-Krasovskii泛函方法来分析具有时滞和不确定性的多智能体系统的稳定性，这是应对实际工程中不可避免的时间延迟问题的关键。 第二部分：分布式与去中心化协同策略 协同控制的魅力在于其分布式和去中心化的实现潜力，这极大地提高了系统的鲁棒性和可扩展性。本部分聚焦于如何设计仅依赖于局部信息交换的控制律。 我们详细分析了基于边缘连接（Edge-based）和基于节点（Node-based）的分布式控制算法。针对线性动态系统，我们展示了如何利用线性矩阵不等式（LMI）方法来设计基于比例-积分-微分（PID）或高阶观测器的分布式状态反馈控制器，以确保快速且无超调的收敛。对于非线性系统，本书深入探讨了反步法（Backstepping）与分布式观测器相结合的策略，构建了能够处理复杂耦合项和未知非线性函数的协同控制框架。此外，我们还专门讨论了有限时间控制（Finite-Time Control）在协同问题中的应用，旨在实现更快的收敛速度，并引入了滑模控制技术以增强对外部扰动的抑制能力。 第三部分：约束、不确定性与鲁棒性协同 在现实世界中，系统往往受到通信限制、执行器饱和、外部干扰以及模型误差的影响。本部分致力于将协同控制的设计扩展到更具挑战性的有约束环境中。 我们探讨了如何在保持一致性的同时，确保所有子系统的状态或控制输入满足预设的边界约束。这涉及引入了障碍函数（Barrier Functions）和投影算子等先进技术。对于存在时变不确定性和外部扰动的情况，本书引入了鲁棒控制理论，如 $mathcal{H}_{infty}$ 方法，来设计能够保证系统性能下界的协同控制器。特别值得一提的是，我们详细分析了动态通信拓扑下的协同问题，即节点间的连接关系随时间变化的系统，并提出了基于事件触发和自适应切换策略的解决方案，以最小化通信开销。 第四部分：特定领域的协同控制范例与前沿拓展 为了体现理论的指导价值，本书的最后一部分将理论应用于几个关键的实际领域。 1. 无人集群与编队控制： 重点分析了如何基于虚拟结构、领航-跟随、以及基于势场的协同方法来解决多无人机或水下机器人的路径跟踪与协同避障问题。 2. 智能电网与能源管理： 探讨了分布式同步控制器在维持电网频率和电压稳定中的作用，以及如何利用协同控制实现多微电网的自组织与最优功率流分配。 3. 复杂网络中的信息传播与群体行为： 从控制视角审视了社交网络中的意见一致性问题，并设计了旨在引导群体行为向特定目标状态收敛的干预策略。 本书特色与目标读者 《动力系统协同控制》的显著特点在于其理论的深度、覆盖的广度以及对现代控制工具的娴熟运用。本书不仅提供了严格的数学证明，还辅以大量的仿真案例来验证所提策略的有效性。 本书主要面向控制理论、自动化、机器人学、航空航天工程、电气工程等领域的硕士和博士研究生、青年教师以及致力于从事复杂系统控制研究与开发的工程师。阅读本书，读者将能够系统地掌握协同控制的设计思想，理解当前研究的热点与难点，并具备解决实际多主体系统控制问题的能力。我们相信，本书将成为推动下一代智能协同系统发展的重要理论支撑。

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