Control Configuration Selection for Multivariable Plants pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Springer

作者:A. Khaki-Sedigh; B. Moaveni

出品人:

页数:248

译者:

出版时间:2009-1

价格:842.00 元

装帧:平装

isbn号码:9783642031922

丛书系列:

图书标签:

• Control
• Multivariable Control
• Process Control
• Configuration
• Selection
• Optimization
• Industrial Automation
• Chemical Engineering
• Systems Engineering
• Control Systems

《最优控制策略的探索与实践：多变量系统动态优化方法》 引言 在现代工程与科学领域，我们日益面对着复杂且相互关联的系统，这些系统通常具有多个输入和输出，即多变量系统。从航空航天器的姿态控制，到工业生产流程的精密调控，再到生物医药领域的系统仿真，精确而高效地理解和驾驭这些多变量系统的动态行为，已成为实现最优性能、提升效率和保障安全的关键。本书《最优控制策略的探索与实践：多变量系统动态优化方法》正是致力于深入探讨如何为这类复杂系统设计并选择最为适宜的控制配置，从而实现其性能的最优化。 本书并非一本介绍特定控制算法或硬件设备的“技术手册”，而是聚焦于多变量系统控制配置选择这一核心问题。它将引领读者穿越错综复杂的控制理论海洋，探索一系列原则、方法论和实践经验，帮助读者建立起一套严谨的分析框架，用以评估和决定何种控制配置最能满足特定应用的需求。这本书的读者群体非常广泛，包括但不限于： 控制工程师： 在实际工程项目中，他们需要面对如何在现有或新建系统中，为多输入多输出（MIMO）系统选择合适的控制器结构、增益调度策略、参数整定方法以及状态反馈或输出反馈等问题。 系统建模与仿真专家： 复杂系统的建模往往是控制设计的第一步。本书将提供关于如何构建能有效支持控制配置选择的系统模型的指导。 科研人员与研究生： 对于希望在多变量控制领域进行深入研究的学者而言，本书提供了扎实的理论基础和前沿的思考方向。 对系统优化感兴趣的跨学科应用者： 任何需要在复杂动态系统中实现性能提升的工程师、科学家或研究人员，都将从本书中获得宝贵的启示。 核心内容与结构 本书的核心在于“配置选择”——即在众多潜在的控制方法和实现方式中，如何根据系统的具体特性、性能指标以及约束条件，做出明智的决策。它不会提供一套“放之四海而皆准”的解决方案，因为多变量系统的多样性决定了“最优”是相对的，且依赖于特定的目标。相反，本书提供的是一套“工具箱”和“思维导图”，帮助读者自主地分析问题、权衡利弊，并最终找到最适合的解决方案。 全书围绕着以下几个关键主题展开，每个主题都以深入浅出的方式进行阐述，并辅以丰富的理论推导和实例分析： 第一部分：多变量系统的基本理解与分析 在深入探讨控制配置之前，对多变量系统的内在特性进行透彻的理解是至关重要的。本部分将从以下几个方面入手： 多变量系统的数学描述： 介绍状态空间模型、传递函数矩阵等描述多变量系统的常用数学工具。重点在于如何从物理模型或实验数据中提取这些模型，并理解模型参数对系统动态的影响。 系统耦合性与解耦性分析： 多变量系统中，不同输入对不同输出的影响往往不是独立的，存在复杂的耦合。本部分将详细介绍分析系统耦合性的方法，如相对增益数组（RGA）、奇异值分解（SVD）等，并探讨在何种情况下需要进行解耦控制，以及解耦的代价和局限性。 性能指标与约束的量化： 如何科学地定义“最优”是控制配置选择的前提。本部分将涵盖各类常用的性能指标，例如瞬态响应指标（超调量、上升时间、settling time）、稳态精度（误差）、鲁棒性（对模型不确定性的容忍度）、能耗、计算复杂度等。同时，也将讨论系统在执行过程中可能面临的物理限制、执行器饱和、传感器噪声等约束条件，并介绍如何将这些约束纳入考量。 可控性与可观测性在多变量系统中的意义： 经典控制理论中的可控性与可观测性概念在多变量系统中有着更丰富的内涵。本部分将深入探讨这些概念如何影响控制器的可设计性，以及如何在控制器设计初期就评估系统的固有局限性。 第二部分：控制配置选择的理论框架与方法论 在对多变量系统有了深入的认识后，本部分将构建一套系统性的方法论，用于指导控制配置的选择过程。 控制目标与系统特性的匹配： 不同的控制目标（例如，追求极高的瞬态响应速度，还是强调系统的稳健性）需要不同类型的控制策略。本部分将分析如何根据具体的控制目标（如跟踪、抗扰、稳定性等）与系统的固有特性（如惯性、阻尼、耦合程度等）进行匹配，从而缩小控制配置的选择范围。 经典控制与现代控制方法的权衡： 介绍PID控制、状态反馈、观测器设计等经典方法在多变量系统中的应用及其局限性。同时，也探讨模型预测控制（MPC）、自适应控制、鲁棒控制等现代控制方法在处理多变量系统复杂性方面的优势，并分析它们的适用场景和实现复杂度。 结构化与非结构化控制器设计： 区分结构化控制器（例如，解耦控制器、固定结构的状态反馈）和非结构化控制器（例如，通过优化算法得到的复杂控制器）。讨论在不同应用场景下，哪种类型的控制器结构更为合适，以及如何根据计算资源和实时性要求进行选择。 增益调度与多模式控制策略： 对于参数随工作点变化的非线性多变量系统，如何动态调整控制器参数以适应不同工况是关键。本部分将介绍增益调度技术的原理，以及如何根据系统的运行状态选择不同的控制策略或参数集。 基于优化理论的配置选择： 介绍如何利用优化算法（如线性规划、二次规划、凸优化等）来直接设计控制器参数或选择控制器结构，以最小化特定的性能指标，同时满足系统约束。 第三部分：具体控制配置的分析与实践 本部分将聚焦于一些具体且常用的多变量控制配置，深入分析它们的原理、优缺点以及适用的场合。 解耦控制策略的深入探讨： 除了基本的Shearer解耦和对角解耦，还将介绍更复杂的动态解耦方法，并分析其在实际应用中的鲁棒性和性能。 模型预测控制（MPC）在多变量系统中的应用： 重点介绍MPC如何利用系统的模型和优化算法来处理多变量系统的约束和耦合问题，并提供实际工程案例分析。 鲁棒控制器的设计与选择： 讨论不确定性模型下的控制器设计，包括H∞控制、μ-合成等方法，以及如何选择最适合具有模型不确定性的多变量系统的鲁棒控制器。 状态反馈与输出反馈控制器的比较与选择： 分析在传感器成本、测量噪声和系统可测量性限制下，选择状态反馈还是输出反馈控制器更为合理，并介绍各种观测器设计方法。 分布式控制与集中式控制的权衡： 针对大型复杂系统，探讨分布式控制结构与集中式控制结构在性能、通信负担、鲁棒性等方面的优劣，并指导读者根据具体情况做出选择。 第四部分：案例研究与工程实践 理论的最终目的是应用于实践。本部分将通过一系列具体的工程案例，展示本书所介绍的理论和方法论在实际问题中的应用。 航空航天系统中的姿态控制配置选择： 以无人机或卫星的姿态控制为例，分析如何根据其多变量耦合特性和性能要求，选择合适的控制器结构和参数。 化工过程中的温度与压力控制配置： 针对复杂的反应器或精馏塔，探讨如何处理多变量耦合和约束，以实现高效稳定生产。 机器人与自动化中的运动控制配置： 分析多关节机器人或移动机器人的控制挑战，以及如何选择合适的控制策略以实现精确的轨迹跟踪和力控制。 电力系统中的频率与电压控制配置： 探讨在电网动态变化的情况下，如何设计鲁棒且高效的控制配置以维持系统稳定。 结论与展望 本书的最终目标是赋能读者，使他们能够独立地分析复杂多变量系统的控制需求，并基于扎实的理论知识和系统的分析方法，做出最优的控制配置选择。本书强调的是一种“问题导向”的学习方式，鼓励读者在面对具体问题时，能够灵活运用所学的知识，而不是死记硬背。 未来，随着人工智能和大数据技术的飞速发展，多变量系统的控制配置选择也将面临新的机遇与挑战。本书在结尾部分将对这些前沿方向进行展望，例如基于机器学习的控制器设计、自学习的控制策略等，以期为读者在未来的研究和实践中提供更广阔的视野。 本书的独特价值 不同于许多侧重于单一控制算法的著作，《最优控制策略的探索与实践：多变量系统动态优化方法》的核心优势在于其系统性和方法论导向。它不是教你如何使用某个特定的工具，而是教你如何选择最合适的工具，以及如何理解不同工具的内在逻辑和适用范围。本书将帮助读者建立起一种“战略性”的控制设计思维，能够从全局角度审视问题，并做出更具前瞻性和有效性的决策。 通过阅读本书，读者将能够： 清晰地理解多变量系统的本质复杂性。 掌握一套系统化的分析框架，用以评估和选择控制配置。 深入理解各种主流控制策略的原理、优缺点及适用范围。 能够将理论知识应用于解决实际工程问题，并做出明智的权衡。 为未来控制技术的发展和应用打下坚实的基础。 本书是一份献给每一位渴望在复杂动态系统控制领域取得突破的工程师、科学家和研究人员的宝贵指南。它将引领你进入多变量控制配置选择的深邃世界，发掘隐藏在系统之下的最优路径。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆