模糊控制器设计理论与应用

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页数:348
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出版时间:2010-3
价格:98.00元
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isbn号码:9787111291022
丛书系列:国际电气工程先进技术译丛
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  • 模糊
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  • 控制器设计
  • 自动控制
  • 控制理论
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具体描述

《模糊控制器设计理论与应用》主要介绍了易于应用到不同类型的工程实际中的模糊控制器设计技术。书中描述了一些模糊控制理论的基本概念和做出成功设计所必备的基础知识。混合、自适应和自学习模糊控制器结构的设计是《模糊控制器设计理论与应用》的侧重点,同时还给出了适于离线和在线操作的自适应模糊控制器设计的完整策略。

全书共分7章,内容涵盖从基本的入门水平到面向专业应用水平的模糊控制器设计课题。包括模糊逻辑系统的导论和综述;模糊集合的基本定义及算子;标准模糊控制器设计的要点,并给出了几种易于实现的模糊控制器设计方法;给出了两种自组织模糊控制器;讨论了复杂模糊控制器结构;给出了基于MATLAB/Simulink的模糊控制器设计工程应用范例,并在最后一章专门讨论了模糊控制器的工业应用。

《模糊控制器设计理论与应用》适用于从事自动化、自动控制、机械电子和电气自动化领域的工程技术人员及研究生、博士生阅读,也可以作为高等院校自动控制、智能控制等方面的教学参考书。

《现代控制理论方法与系统集成》 本书旨在为读者提供一套全面而深入的现代控制理论知识体系,并重点探讨如何将这些理论方法有效地应用于复杂的工程系统设计与集成。本书不侧重于单一的控制策略,而是力求展示不同控制方法在解决实际问题时的优势与局限,以及它们之间相互补充、协同工作的可能性。 第一部分:现代控制理论基础回顾与发展 本部分将首先对经典控制理论的核心概念进行简要回顾,包括系统建模、稳定性分析、传递函数、根轨迹、频率响应等,为后续深入学习打下基础。在此基础上,本书将重点阐述现代控制理论的关键发展,包括: 状态空间方法: 详细介绍状态变量、状态方程和输出方程的构建,以及线性系统在状态空间下的表示。我们将探讨状态向量的物理意义,以及如何通过状态反馈实现系统的极点配置。 最优控制理论: 深入研究如何根据特定的性能指标(如能量消耗、响应时间、控制误差等)设计最优控制器。我们将详细讲解线性二次型调节器(LQR)的设计原理和应用,以及Hamilton-Jacobi-Bellman方程在动态规划中的作用。 卡尔曼滤波与估计: 阐述卡尔曼滤波器的基本原理,如何利用系统的动态模型和测量噪声来最优地估计系统的状态。本书将详细推导卡尔曼滤波方程,并展示其在数据融合、噪声抑制等方面的应用。 鲁棒控制: 关注在系统存在模型不确定性和外部干扰的情况下,如何设计能够保持稳定性和性能的控制器。我们将介绍H∞控制、μ-综合等鲁棒控制方法,并分析其在提高系统可靠性方面的优势。 自适应控制: 探讨当系统参数发生变化或未知时,如何设计能够自动调整控制器参数以维持良好性能的自适应控制策略。本书将介绍模型参考自适应控制(MRAC)和自适应律的设计,以及其在变参数系统中的应用。 第二部分:高级控制策略与前沿技术 在掌握了现代控制理论的基础后,本部分将进一步拓展到更高级的控制策略和当前前沿的研究方向: 预测控制(MPC): 详细介绍模型预测控制的核心思想,即利用系统的动态模型和预测Horizon来优化未来的控制输入。本书将重点讲解线性MPC和非线性MPC的设计,并展示其在过程控制、机器人控制等领域的广泛应用。 滑模控制: 深入分析滑模控制的设计原理,特别是其对系统不确定性和外部扰动的强鲁棒性。我们将探讨滑模面的选择、切换律的设计,以及如何克服抖振现象。 分布式控制与多智能体系统: 探讨如何设计多个相互协作的控制器来控制一个大型复杂系统,或实现多个智能体之间的协同工作。我们将介绍一致性算法、分布式优化等相关技术。 学习控制与强化学习在控制中的应用: 介绍如何利用数据驱动的方法来设计控制器,特别是将机器学习和深度学习技术融入控制系统设计。我们将讨论基于强化学习的控制策略,以及其在复杂非线性系统中的潜力。 系统辨识与模型降阶: 探讨如何从实验数据中辨识系统的数学模型,以及如何将高阶模型简化为低阶模型而不显著损失性能,为控制器设计提供更加简洁有效的模型。 第三部分:系统集成与工程实践 理论与实践相结合是本书的另一个重要侧重点。本部分将聚焦于如何将所学的控制理论方法有效地应用于实际工程系统的设计与集成: 系统建模与仿真: 强调建立精确系统模型的必要性,并介绍多种建模技术,如物理建模、数据驱动建模等。本书将详细介绍如何使用MATLAB/Simulink等仿真工具进行系统建模、仿真分析和控制器验证。 控制器实现与硬件集成: 讨论数字控制器设计、离散化方法、以及在嵌入式系统或DSP上的实现。我们将分析实际硬件限制,如采样时间、计算能力、量化误差等对控制性能的影响。 系统性能评估与调优: 介绍多种系统性能评估指标,如瞬态响应指标(超调量、调节时间)、稳态误差、能量效率等。本书将指导读者如何根据实际需求对控制器进行参数调优,以达到最佳性能。 复杂系统集成案例分析: 通过具体的工程案例,如航空航天飞行器姿态控制、工业机器人路径规划与跟踪、汽车自动驾驶辅助系统、智能电网稳定性控制等,展示不同控制理论方法在解决实际工程问题中的集成应用。我们将深入分析这些案例中的挑战、所采用的控制策略、以及最终的实现效果。 人机交互与系统监控: 探讨如何设计友好的用户界面,以及如何对控制系统进行实时监控和诊断,确保系统的安全稳定运行。 本书特色: 理论深度与实践广度并重: 既深入讲解了现代控制理论的核心概念,又广泛涵盖了各种先进的控制技术和应用领域。 系统性与前瞻性: 知识体系构建严谨,从基础到高级,并展望了控制领域的前沿发展。 工程导向: 强调理论在实际工程中的应用,提供丰富的案例分析和实现指导。 易于理解: 采用清晰的语言和直观的图示,帮助读者逐步掌握复杂的控制概念。 无论您是控制工程领域的学生、研究人员,还是希望提升系统控制性能的工程师,《现代控制理论方法与系统集成》都将是您宝贵的参考资料。通过学习本书,您将能够更自信地应对复杂系统的控制设计挑战,并掌握将先进控制理论转化为实际工程解决方案的关键技能。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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从一个学习者的角度来看,这本书的结构安排堪称典范。它没有采用那种让人望而生畏的学术论文式结构,而是以一种循序渐进、层层递进的方式展开。开篇就以一种引人入胜的方式介绍了模糊控制的起源和其在解决复杂问题中的独特优势,这立刻抓住了我的注意力。随后,作者巧妙地引入了模糊逻辑的基本概念,从模糊集合到隶属函数,再到模糊规则的构建,每一个知识点都通过清晰的图示和简洁的语言进行阐释,确保读者能够轻松理解。我特别欣赏作者在讲解模糊推理时,没有仅仅给出公式,而是通过生动形象的例子,比如“温度太高就开大风扇”,来解释模糊逻辑的思维方式,这使得抽象的理论变得触手可及。在理论部分扎实铺垫之后,本书立即转向了实际应用,通过一系列不同领域的案例分析,展示了模糊控制器是如何被设计和应用的。例如,在洗衣机水位控制的案例中,作者详细讲解了如何根据衣物量和脏污程度来模糊化输入变量,并设计相应的模糊规则,最终实现更加智能化的控制。这种理论与实践的紧密结合,让我能够看到模糊控制的强大生命力,并激发了我将其应用于自己研究领域的信心。

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这本书的结构设计,充分考虑到了读者的学习曲线。它没有一开始就抛出复杂的数学模型,而是从模糊控制的起源和发展开始,逐步引导读者进入这个领域。作者用生动的语言,阐述了模糊控制如何解决传统控制方法难以处理的非线性、不确定性问题。我尤其欣赏他在讲解模糊集和隶属函数时的细致入微。他可能会用一个简单的例子,比如“今天的天气是晴朗的”,来解释一个事实可能具有不同程度的“晴朗”的隶属度,并展示如何用图形化的方式来表示这种隶属关系。这种直观的讲解方式,让我很快就掌握了模糊逻辑的基本概念。在理论部分打下坚实基础后,本书便开始转向了实际应用。作者通过一系列精心挑选的案例,展示了模糊控制器是如何在现实世界中发挥作用的。比如,在描述如何设计一个智能家电的模糊控制器时,他详细讲解了如何根据用户的需求和环境的变化,来设计相应的模糊规则,从而实现更智能化的操作。这种理论与实践相结合的写作风格,不仅增强了学习的趣味性,更重要的是,它让我对模糊控制技术的实际应用价值有了更深刻的认识,也激发了我将其应用于自己研究领域的兴趣。

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这本书的价值,并不仅仅在于它提供了一套完整的模糊控制器设计理论,更在于它能够激发读者对自动化和智能控制的深刻思考。作者在书中,并非只是机械地陈述理论公式,而是以一种哲人的视角,探讨了模糊逻辑的本质,以及它与人类认知方式的联系。他可能会从人类如何进行模糊判断的例子出发,引出模糊集合和隶属函数的概念,并说明模糊控制是如何模拟这种人类的智能行为的。这种对底层逻辑的挖掘,让我不仅仅是学会了“如何做”,更理解了“为什么这样做”。在理论部分,作者对于模糊推理机制的深入剖析,也让我大开眼界。他详细介绍了Mamdani和Takagi-Sugeno等不同的推理方法,并分析了它们在不同应用场景下的优缺点,这为我选择合适的推理策略提供了重要的参考。更重要的是,本书在应用案例的选择上,也极具前瞻性。作者不仅介绍了传统的模糊控制应用,还探讨了模糊逻辑在机器学习、神经网络等新兴领域的结合,这让我看到了模糊控制在未来智能化发展中的广阔前景,也为我未来的学习和研究指明了方向。

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我必须承认,在翻阅这本书之前,我对模糊控制的认知仅仅停留在“一种让机器更像人一样思考”的模糊概念上。然而,这本书的出现,彻底改变了我对模糊控制的看法,它以一种严谨而不失生动的风格,将模糊控制的理论体系展现在我面前。作者在理论部分的阐述,从模糊集的定义开始,逐步深入到隶属函数的选择、模糊规则的构建以及模糊推理的实现。我尤为欣赏作者在讲解这些抽象概念时,所采用的类比和实例。例如,在解释隶属函数时,作者可能会用“冷”、“温”、“热”等日常词汇来举例,并展示如何将这些模糊的概念量化为数学模型。这种方式不仅让理论变得易于理解,更重要的是,它让我体会到了模糊控制的核心思想——如何用模糊的语言来描述和解决复杂的问题。在理论部分打下坚实基础后,本书随即转向了应用层面,通过对工业控制、机器人技术等领域的案例分析,展示了模糊控制在解决实际工程问题中的强大能力。作者详细讲解了如何将模糊逻辑应用于PID控制器的整定,以及如何设计自适应模糊控制器来处理非线性系统,这些内容都让我受益匪浅。

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这本书带给我的,不仅仅是对模糊控制器设计理论的掌握,更是一种全新的思维方式。作者在介绍模糊逻辑时,并没有局限于生硬的数学公式,而是从人类的认知方式入手,阐释了模糊概念的普遍性和重要性。他可能会通过生活中“快”和“慢”、“大”和“小”这些模糊的词语,来引出隶属函数的概念,并展示如何用数学工具来描述这些模糊的程度。这种方式让我觉得,模糊控制并非是高不可攀的理论,而是来源于我们日常生活中的智慧。在讲解模糊规则的设计时,作者更是将语言的魅力发挥到极致。他用清晰、简洁的“如果…那么…”句式来构建模糊规则,并辅以大量的实例,如“如果温度高且湿度大,那么就增加通风量”。这种描述方式,使得模糊控制的逻辑过程变得异常直观和易于理解。此外,本书在应用案例的选取上也极为出色,涵盖了工业自动化、家用电器、机器人技术等多个领域。我尤其对书中关于模糊PID控制的章节印象深刻,作者详细讲解了如何通过模糊逻辑来动态调整PID参数,从而提升控制系统的性能,这对我解决实际工程中的控制问题提供了宝贵的指导。

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本书的语言风格非常独特,作者以一种充满智慧且略带哲学色彩的方式,将枯燥的数学理论转化为引人入胜的知识。在讲解模糊集和隶属函数的概念时,作者并没有直接抛出定义,而是通过对现实世界中“模糊”现象的观察和思考,引导读者逐步认识到模糊逻辑的必要性。比如,他可能以“冷”和“热”这两个词为例,分析了人类是如何在没有明确界限的情况下理解这些概念的,进而引出模糊集的思想。这种“润物细无声”的教学方式,让我感到非常舒服,也更容易将这些概念内化。在模糊推理的阐述上,作者更是将语言的魅力发挥得淋漓尽致。他可能用“如果…那么…”的句式来构建模糊规则,并用生动的比喻来解释模糊推理的过程,例如,“如果水温很高,那么加大制冷力度;如果水温适中,那么保持当前制冷”。这种清晰的逻辑和形象的比喻,使得即便对于初学者来说,也能轻松理解模糊控制器是如何工作的。更重要的是,作者在介绍模糊控制器的设计方法时,并未回避其中的复杂性,而是用一种开放和鼓励的态度,引导读者去探索和尝试,这对于培养独立思考和解决问题的能力至关重要。

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这本书在模糊控制器设计的应用层面,展现了其无与伦比的实用价值。作者并非仅仅停留在理论的描述,而是通过一系列精心挑选的案例研究,将模糊控制技术在不同领域的成功应用展现得淋漓尽致。从工业过程控制的稳定化,到机器人运动的精确化,再到智能交通系统的优化,每一个案例都充满了实际操作的指导意义。我尤其对书中关于模糊PID控制器设计的章节印象深刻。作者详细阐述了如何将模糊逻辑的思想融入传统的PID控制框架,从而克服传统PID控制器在面对非线性、时变系统时性能下降的瓶颈。他不仅讲解了模糊PID的结构,还提供了具体的参数整定方法和仿真验证步骤,这对于希望提升系统控制性能的工程师来说,无疑是一份宝贵的财富。此外,书中对模糊神经网络、自适应模糊控制器等更高级的模糊控制技术也进行了深入的探讨,并结合实际应用场景分析了它们的优势和局限性。这种由浅入深、由简到繁的叙述方式,让我能够循序渐进地掌握复杂的模糊控制技术,并为我未来在更前沿的控制理论研究方向上打下了坚实的基础。

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这本书的章节划分和内容编排,充分体现了作者对读者学习路径的深刻理解。它并非将所有理论一次性灌输,而是采取了一种“先易后难,循序渐进”的策略。书的开篇部分,作者就用非常接地气的语言,阐述了模糊控制的起源和其在解决实际问题中的独特之处,成功地激起了我的好奇心。接着,他开始讲解模糊控制的基础,包括模糊集合、隶属函数等核心概念。在这个过程中,作者非常注重理论的直观性,利用大量的图表和形象的比喻来辅助理解,例如,在解释隶属函数时,他可能会用温度计的刻度来比喻,说明一个值可以同时属于多个模糊集合。更令我印象深刻的是,本书在理论讲解的同时,并没有忽略对模糊控制器设计流程的系统性介绍。作者详细阐述了从输入变量模糊化、模糊规则库的建立,到模糊推理和输出反模糊化等关键步骤,并提供了具体的实例来指导读者完成整个设计过程。这种系统性的指导,让我能够清晰地看到一个模糊控制器是如何从无到有构建起来的,这对于我实际动手设计模糊控制器非常有帮助,也让我对模糊控制的应用前景有了更坚定的信心。

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这本书的叙述方式,让我在阅读过程中始终保持着高度的参与感。作者并非高高在上地传授知识,而是像一位经验丰富的导师,通过引人入胜的故事和深入浅出的讲解,引导我一步步走进模糊控制的奇妙世界。在理论部分的开头,作者就用一种极富画面感的描述,描绘了模糊控制是如何克服传统控制方法的局限性的,比如在应对化工过程中的复杂变量和非线性关系时,模糊控制所展现出的优势。随后,他对模糊集、隶属函数以及模糊规则的讲解,都充满了智慧的闪光点。他可能会用“温度高”这个词为例,说明同一个温度值,可以同时具有“偏高”和“非常高”的隶属度。这种对模糊性的精妙刻画,让我对模糊控制的理解更加深入。而当本书进入到应用案例部分时,更是将理论知识与实际应用巧妙地结合起来。例如,在描述如何设计用于汽车巡航控制的模糊控制器时,作者详细讲解了如何将车速、与前车的距离等输入变量进行模糊化,并设计相应的控制规则,最终实现平稳高效的巡航体验。这种贴近实际的案例,不仅增强了学习的趣味性,更重要的是,它让我看到了模糊控制技术在现实世界中发挥的巨大作用。

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这本书的出现,如同在信息爆炸时代为我拨开迷雾的灯塔,让我得以深入理解模糊控制的核心理念。作者在理论部分的阐述,并非生硬的公式堆砌,而是通过一系列清晰的逻辑推演,逐步揭示了模糊逻辑的精妙之处。从模糊集的定义、隶属函数的设计,到模糊规则的构建和模糊推理的过程,每一个概念都被细致地剖析,并且融入了大量的直观类比,这对于像我这样初次接触模糊控制的读者来说,无疑是巨大的福音。我尤其欣赏作者在讲解模糊推理时,并没有止步于理论层面,而是深入分析了不同的推理机制,例如Mamdani模糊推理和Takagi-Sugeno模糊推理,并详细对比了它们在实际应用中的优劣。这使得我对如何根据具体问题选择最合适的推理方法有了更深刻的认识。更令人惊喜的是,作者并没有回避模糊控制在实际应用中可能遇到的挑战,例如参数调整的复杂性和实时性要求,而是提供了切实可行的解决方案和优化策略。这种理论与实践相结合的写作风格,极大地提升了这本书的价值,让我能够将学到的知识融会贯通,并应用于解决实际工程问题,这对于任何希望在自动化领域深耕的工程师或研究者来说,都是一本不可或缺的宝典。

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