Elements of Control Theory pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Balachandran, K./ Dauer, J. P.

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价格:39.95

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isbn号码:9788173193309

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• 控制理论
• 自动控制
• 系统分析
• 数学建模
• 反馈控制
• 稳定性分析
• 最优控制
• 现代控制理论
• 工程数学
• 控制系统

好的，为您撰写一本名为《现代控制系统：从基础到前沿》的图书简介，力求内容详实、深入，且不提及您提到的《Elements of Control Theory》。 --- 现代控制系统：从基础到前沿 图书简介 在当今技术飞速发展的时代，从精密制造、航空航天到生物医学工程，对复杂动态系统的精确、稳定和高效控制需求日益迫切。《现代控制系统：从基础到前沿》 旨在为工程、物理学和应用数学领域的学生、研究人员及工程师提供一套全面、系统且深入的控制理论与工程实践指南。本书不仅扎实地奠定了经典控制理论的基石，更以前瞻性的视角，引领读者跨入现代控制、最优控制、鲁棒控制及非线性控制的前沿领域。 本书结构严谨，逻辑清晰，内容覆盖面广，强调理论与实际应用的紧密结合。全书分为四个主要部分，共计十六章，力求构建一个从时域分析到频域设计，再到现代状态空间方法的完整知识体系。 --- 第一部分：控制系统的基础与经典分析方法 本部分着重于建立读者对控制系统基本概念的深刻理解，并掌握传统的分析和初步设计工具。 第1章：控制系统的基本概念与建模 本章首先定义了反馈控制的必要性及其在工程中的核心作用，包括开环与闭环系统的对比。随后，详细介绍了线性时不变（LTI）系统的数学描述，特别是系统的动态特性——微分方程的建立。重点讲解了如何将物理系统（如机械、电路、热系统）抽象为标准的数学模型。引入了传递函数的概念，明确了其在单输入单输出（SISO）系统分析中的核心地位。 第2章：时域分析与性能指标 本章深入探讨了系统在时间域内的瞬态响应特性。我们详细分析了一阶和二阶系统的标准输入（如单位阶跃、脉冲、斜坡）下的响应行为，并引入了关键的性能指标，包括超调量、上升时间、沉降时间和稳态误差。通过对阻尼比（$zeta$）和自然频率（$omega_n$）的深入讨论，读者将能精确预测系统行为并据此进行初步的参数调整。 第3章：系统的稳定性和根轨迹分析 系统的稳定性是控制设计的首要前提。本章首先介绍了李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性判据的初步应用，并重点阐述了代数判据，包括劳斯-赫尔维茨（Routh-Hurwitz）判据，用以快速判断系统稳定性而不求解特征方程。随后，详细推导并展示了根轨迹（Root Locus）的绘制方法及其对系统参数变化的敏感性分析。根轨迹法作为一种强大的图形工具，使设计者能够直观地观察到引入控制器（如PID的比例增益）对闭环极点位置的影响。 第4章：频域分析与设计 频域分析提供了一种与时域分析互补的视角。本章从傅里叶变换在系统分析中的应用出发，引入了波特图（Bode Plot）和奈奎斯特图（Nyquist Plot）。我们详细讲解了如何利用波特图快速评估系统的带宽、增益裕度和相位裕度，从而判断系统的相对稳定性。奈奎斯特判据的推导和应用，特别是对含有纯延迟环节系统的稳定性判断，在本章中得到了详尽的阐述。 --- 第二部分：现代控制理论与状态空间方法 随着系统复杂度的增加，传递函数方法的局限性显现。本部分全面转向现代控制的核心——状态空间表示法。 第5章：状态空间表示法 本章是现代控制理论的基石。我们详细阐述了如何将高阶微分方程转化为一组一阶线性常微分方程组，即状态空间模型 ($dot{mathbf{x}} = mathbf{A}mathbf{x} + mathbf{B}mathbf{u}$)。本章重点讨论了可控性（Controllability）和可观测性（Observability）的概念，它们是现代控制设计能否成功实施的先决条件。详细介绍了卡尔曼（Kalman）判据在判断系统固有属性中的应用。 第6章：状态反馈控制设计 基于状态空间模型，本章介绍了极点配置（Pole Placement）技术。通过设计合适的状态反馈增益矩阵 $mathbf{K}$，使闭环系统特征多项式（即期望的闭环极点位置）得以实现。本章不仅推导了Ackermann公式的推导过程，还探讨了系统在状态不可测情况下的观测器设计，包括 Luenberger 观测器的设计与实现，以及状态观测器与状态反馈（分离原理）的结合应用。 第7章：最优控制理论导论 最优控制旨在以某种性能指标（代价函数）最小化或最大化的方式来设计控制器。本章引入二次型最优控制（LQR），其中性能指标采用二次型函数。详细推导了代数黎卡提方程（ARE），并展示了如何通过求解此方程来获得最优状态反馈增益矩阵。LQR 设计的优势在于它能够同时考虑系统的动态性能和控制输入的能量消耗。 --- 第三部分：先进控制技术与鲁棒性分析 在实际工程中，系统模型总存在不确定性（参数误差、未建模动态）。本部分着眼于如何设计出对这些不确定性不敏感的控制器。 第8章：鲁棒性分析与H∞控制基础 本章从结构不确定性和参数不确定性的角度审视控制系统。引入了小增益定理（Small Gain Theorem）作为评估鲁棒稳定性的基本工具。随后，本章导向$ ext{H}_infty$ 控制理论，将其视为一种在最坏情况下的性能优化问题。通过将控制问题转化为奇异值最小化问题，指导读者理解如何设计出在频域内具有良好性能边界的鲁棒控制器。 第9章：滑模变结构控制（Sliding Mode Control, SMC） SMC 是一种强大的非线性控制方法，其核心思想是通过高频开关控制，将系统状态强行驱动到一个预先设计的“滑模面”上，并在该面上保持运动。本章详细分析了SMC的等价输入和等价动态，并重点讨论了如何设计滑模面以保证期望的动态性能。此外，本章还将深入探讨抖振（Chattering）现象及其缓解措施，如利用符号函数（Sign Function）的平滑近似。 --- 第四部分：非线性控制与工程应用拓展 本部分将讨论超越线性系统的限制，探讨更具挑战性的非线性系统的分析与控制方法。 第10章：非线性系统的基本概念与稳定性分析 非线性系统无法用叠加原理分析。本章首先定义了非线性系统的特征，如多平衡点、极限环等。关键内容包括李雅普诺夫稳定性分析的非线性扩展，特别是利用能量函数或二次型李雅普诺夫函数来证明系统的全局或局部稳定性。 第11章：反馈线性化与精确状态反馈 对于某些特定的非线性系统，可以通过巧妙的坐标变换和状态反馈，将其转化为线性的（或更简单的）标准形式，即反馈线性化。本章详细介绍了微分平坦性的概念，并系统性地演示了如何利用输入-输出线性化和状态反馈线性化技术来设计控制器，以获得与线性系统相媲美的精确性能。 第12章：自适应控制导论 在系统参数未知或随时间变化的场合，自适应控制技术是必要的。本章介绍了间接自适应控制和直接自适应控制的基本框架，重点讨论了基于模型的参考自适应控制（MRAC），以及如何通过投影算法或梯度下降法实时估计系统参数，从而使闭环系统性能保持在期望的参考模型范围内。 第13章：先进机器人动力学与控制 本章将控制理论应用于复杂的机械系统——机器人。探讨了机器人的运动学（正运动学与逆运动学）和动力学建模（拉格朗日法）。重点分析了牛顿-欧拉法在快速动态建模中的应用，并设计了基于力矩控制和阻抗控制的机器人操作策略，以实现与环境的有效交互。 第14章：模糊逻辑控制与神经网络控制 针对难以建立精确数学模型的系统，本章介绍了基于知识的控制方法。模糊逻辑控制利用专家经验和语言变量描述系统行为，本章将详细讲解模糊集的建立、模糊推理机和解模糊化的过程。神经网络控制部分则探讨了如何利用在线学习能力（如反向传播算法）来逼近未知系统或设计自学习控制器。 第15章：离散时间系统分析与数字控制 鉴于大多数实际控制器都是数字实现的，本章专门讲解了离散时间系统的分析。详细介绍了Z变换及其在系统分析中的应用，推导了离散时间的状态空间模型，并讨论了采样周期的选择对系统性能的影响。 第16章：系统辨识与实验验证 控制系统的性能高度依赖于模型的准确性。本章介绍了基本的系统辨识方法，包括子空间法和最小二乘法，用以从实验数据中估计系统参数或建立传递函数模型。最后，本章强调了仿真验证（使用MATLAB/Simulink等工具）和硬件在环（HIL）测试在工程落地中的关键作用。 --- 《现代控制系统：从基础到前沿》 通过将扎实的理论推导与广泛的工程实例相结合，致力于培养读者独立分析、建模和设计先进控制系统的能力。本书的深度与广度，使其成为控制工程领域不可或缺的参考书。

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这本关于经典力学基础的著作，简直是物理学殿堂里的一块基石。作者对牛顿定律的阐述，细腻到仿佛能让人亲手触摸到那些微小的作用力。书中对运动方程的推导过程详略得当，即便是初次接触高等物理的读者，也能循着清晰的逻辑脉络，步步深入。尤其值得称赞的是，书中不仅限于理论的阐述，还穿插了大量贴近实际的工程实例，例如对摆锤运动的分析，就不仅仅停留在理想化的简谐振动，而是引入了阻尼和驱动力的考量，这让理论与现实的距离被大大拉近。我对其中关于能量守恒和动量守恒的讨论印象深刻，作者并没有将这些概念当作既定的公理直接抛出，而是通过一系列巧妙的思想实验，引导读者自己去“发现”这些宇宙的基本法则。书中的插图清晰明了，每一个受力分析图都精准到位，极大地辅助了对抽象概念的理解。对于任何希望打牢力学基础的理工科学生而言，这本书都是一本不可多得的宝典，其内容深度和广度，足以支撑后续更复杂的物理学和工程学研究。

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我对这本介绍高级算法设计与分析的教科书感到既敬佩又头疼，它的深度和广度都远远超出了普通计算机科学导论的范畴。这本书的价值在于它对复杂度理论的全面梳理，不仅仅是讲解快速排序或图遍历这些基础算法，而是深入探讨了NP完全性、近似算法以及在线算法的理论边界。作者对动态规划和贪心策略的对比分析尤其精彩，他通过对多个经典问题（如旅行商问题和背包问题）的反复剖析，揭示了不同优化思想的内在权衡。书中关于证明复杂度的部分，毫不避讳地使用了严谨的数学归纳法和反证法，这对于训练读者的逻辑思维能力是极好的磨砺。我尤其喜欢它对“次优解”的讨论，它教会我们认识到，在很多实际问题中，找到“足够好”的解比找到“最优解”更有意义。这本书的难度不可谓不高，它需要读者具备扎实的离散数学和基础编程功底，但一旦攻克，对算法设计的理解将达到一个新的高度，它不仅是工具书，更是一本思维的炼金术指南。

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这是一本罕见的专注于材料科学前沿进展的专著，它没有沉湎于传统的金属学或高分子化学的旧有框架，而是将笔触大胆地伸向了纳米结构材料和智能复合材料的交叉领域。书中对晶格缺陷如何影响材料宏观性能的论述，深入到了量子力学的层面，让人对材料的“内在脾气”有了全新的认识。我特别欣赏作者在讨论新型陶瓷烧结工艺时所采用的视角，他没有简单地罗列工艺参数，而是结合了热力学驱动力和动力学限制，构建了一个完整的材料演化模型。书中的案例研究选材非常具有时代性，涵盖了生物相容性植入物和高强度轻量化结构件的最新进展。阅读过程中，我感觉自己仿佛在一位经验丰富的材料科学家身边，他耐心而又严谨地剖析着每一个原子尺度的秘密。虽然某些章节涉及复杂的数学建模，但作者总能适时地提供直观的物理图像来作为支撑，使得即便是技术门槛较高的部分，也变得易于消化。这本书无疑是为那些已经有一定基础，并渴望站在材料科学最前沿的科研人员量身定做的。

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我最近翻阅了一本关于宏观经济学中“金融摩擦”与“实体经济波动”关系的模型构建指南。这本书的定位非常清晰，它主要面向那些试图将金融市场动态纳入标准DSGE模型的进阶学者。作者没有浪费篇幅去介绍凯恩斯或古典学派的基本模型，而是直接切入了复杂异质性主体下的金融约束问题。书中对信贷约束如何通过资本可得性渠道影响企业投资决策的推导过程，逻辑链条极其严密，特别是引入了信息不对称导致的抵押品约束时，数学工具的使用达到了炉火纯青的地步。我个人对其中关于资产价格泡沫与借贷行为的内生化处理方法印象深刻，作者展示了如何利用带有非线性反馈机制的方程组来模拟系统性风险的积聚过程。这本书的阅读体验，更像是参与一次高水平的学术研讨会，充满了对前沿计量方法和识别策略的深入探讨，几乎每一页都凝结着近十年来的研究成果。它对如何利用代理模型来解释金融危机后的复苏乏力现象，提供了扎实的理论工具箱，对于希望在货币银行学或宏观金融领域深耕的人来说，是不可或缺的参考手册。

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这本关于古希腊哲学，特别是亚里士多德伦理学的解析专著，以其独特的跨学科视角让人眼前一亮。作者巧妙地将亚里士多德的“德性伦理学”放置在当时的城邦政治和形而上学背景下进行考察，而不是仅仅将其视为一套孤立的道德规范。书中对“幸福”（Eudaimonia）的阐释极为透彻，它被描绘成一种持续的、合乎理性的生命活动，而非转瞬即逝的快乐，这与现代功利主义思潮形成了鲜明对比。作者对“中道”（Golden Mean）的解读也十分精妙，他指出这并非简单的“折中”，而是在特定情境下，通过理性判断达成的最佳平衡点，这种动态的、依赖情境的理解，极大地提升了理论的现实指导意义。文风典雅而富有思辨性，引用的原始文献段落恰到好处，使读者能直接感受到那位古希腊巨匠的思想脉搏。对于人文学科的研究者而言，这本书提供了一个理解西方伦理学源头的绝佳窗口，其对人类行为动机的深刻洞察，即使在今天看来，依然振聋发聩。

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