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出版者:McGraw-Hill

作者:W. David Kelton

出品人:

页数:704

译者:

出版时间:2009-10-1

价格:USD 101.25

装帧:Paperback

isbn号码:9780071267717

丛书系列:

图书标签:

• 仿真
• 模拟
• 离散事件模拟
• Arena
• 排队论
• 建模
• 仿真
• 工业工程
• 运筹学
• 系统仿真
• 性能评估

现代控制系统设计与分析 聚焦前沿理论与工程实践的深度融合 本书全面、深入地探讨了现代控制系统的设计、分析与实施，旨在为读者提供坚实的理论基础和面向实际工程应用的解决方案。它不仅仅是一本教科书，更是一本结合了经典控制理论的严谨性与现代控制方法的前瞻性的综合参考手册。 第一部分：控制系统的数学基础与建模 本部分为后续高级主题奠定必要的数学和系统基础。 第一章：线性系统理论回顾与复习 本章从线性代数和微分方程的角度，系统性地回顾了控制系统分析所需的核心数学工具。重点阐述了状态空间表示法的优势，包括对多输入多输出（MIMO）系统的自然描述能力。内容涵盖了矩阵的分解（如Jordan标准型）、李雅普诺夫稳定性判据的初步介绍，以及线性时不变（LTI）系统在频域和时域中的基本动态特性描述。强调了从物理系统到数学模型的转换过程中的关键假设和简化方法。 第二章：系统辨识与参数估计 在许多实际工程问题中，精确的系统模型往往难以直接获得。本章专注于从实验数据中推导和估计系统参数的方法。详细介绍了经典辨识方法，如最小二乘法（Least Squares）及其递归形式（RLS）。深入探讨了系统结构选择（如ARX、ARMAX模型结构）的重要性，并引入了基于子空间辨识（Subspace Identification）的前沿技术，旨在处理高维、噪声较大的实际工业过程数据。本章特别强调了模型有效性检验和噪声特性的分析。 第三章：线性时变（LTV）系统与非线性系统基础 超越了传统LTI系统的范畴，本章拓宽了系统的适用范围。对于LTV系统，讨论了其在不同时间段内的准线性化处理方法。对于非线性系统，着重介绍了泰勒级数展开、状态线性化（Feedback Linearization）的基本思想，以及描述函数法（Describing Function Method）在初步定性分析中的应用。通过具体的例子，展示了如何识别和处理实际系统中普遍存在的饱和、死区等非线性现象。 第二部分：现代控制器的设计方法 本部分是本书的核心，详细阐述了基于状态空间方法的先进控制器设计技术。 第四章：可控性、可观测性与能控规范型 本章是状态反馈设计的前提。系统地介绍了判定系统是否可控和可观测的代数判据（如秩判据）。随后，深入讲解了如何利用相似变换将系统变换到易于设计和分析的规范型，如约当（Jordan）或李昂纳（Luenberger）规范型。这为后续的极点配置奠定了坚实基础。 第五章：状态反馈极点配置与最优控制基础 状态反馈设计的目标是利用反馈将系统的动态响应（即闭环极点）放置在期望的位置，以满足性能指标。本章详细推导了Ackermann公式和利用反馈增益矩阵的迭代计算方法。随后，引入了现代控制设计中最具影响力的理论之一：LQR（Linear Quadratic Regulator）最优控制。详细阐述了如何通过调节性能指标函数中的权重矩阵（$Q$和$R$）来平衡控制输入的幅度和状态误差的大小，并推导了代数黎卡提方程（ARE）的求解过程。 第六章：状态观测器设计与补偿器结构 由于状态变量往往无法直接测量，设计状态观测器至关重要。本章系统介绍了Luenberger观测器的工作原理，并推导了观测器增益的选择方法，强调了观测器极点配置的独立性（即分离原理）。进一步探讨了基于卡尔曼滤波（Kalman Filtering）的随机系统状态估计，该方法在处理带有高斯白噪声干扰的系统中表现出优越的性能。本章还讨论了如何将状态反馈和状态观测器结合，形成完整的状态反馈控制系统（即“先观察后控制”结构）。 第七章：鲁棒控制导论：H$infty$ 控制 面对模型不确定性、参数摄动和外部扰动时，传统控制器可能失效。本章引入了鲁棒控制的核心概念，特别是H$infty$ 控制。解释了如何将控制问题转化为一个$H_{infty}$范数最小化问题，以保证闭环系统在所有允许的不确定性下都能满足一定的性能和稳定性边界。这部分内容为读者理解更复杂的现代鲁棒设计方法（如$mu$综合）打下基础。 第三部分：先进主题与特定应用 本部分将理论知识扩展到更实际、更复杂的控制工程领域。 第八章：模态控制与多目标协调 对于大型复杂系统，通常需要实现对系统不同部分（模态）的独立控制。本章介绍了模态分析与控制技术，侧重于如何分解系统，并对不同的动态模式分配不同的控制目标。这对于电力系统、航空航天等领域具有重要的指导意义。 第九章：非线性控制进阶：滑模控制（Sliding Mode Control, SMC） 滑模控制作为一种强鲁棒性的非线性控制方法，因其对外部干扰和模型不确定性的高抵抗力而备受青睐。本章详细介绍了滑模面的设计、切换函数的选择，以及如何处理滑模控制中固有的“抖振”现象，并提出了利用边界层技术来减小抖振的方法。 第十章：分布式控制与网络化系统 随着物联网和工业4.0的发展，控制器和被控对象通过网络连接成为常态。本章探讨了分布式传感器和执行器对控制设计带来的挑战。讨论了网络延迟、数据丢失和带宽限制对稳定性和性能的影响，并介绍了基于Lyapunov-Krasovskii泛函的稳定性分析方法，用于评估具有时滞的If网络化系统的稳定性。 附录 A：数值计算与软件实现 本附录提供了在MATLAB/Simulink环境下实现本书所介绍算法的实用指南。包括状态空间模型的建立、极点配置、LQR求解器（如`care`函数）的使用，以及系统辨识工具箱的基本操作流程。强调了仿真验证在控制系统开发中的不可替代的作用。 目标读者： 本书适合于控制工程、电气工程、机械工程、航空航天工程等专业的高年级本科生、研究生，以及从事自动化、机器人、过程控制等领域工作的工程师和研究人员。阅读本书前，应具备微积分、线性代数和基础控制系统理论的知识。 本书的特点在于其结构上的递进性：从严格的数学建模开始，逐步过渡到最优控制和鲁棒控制的前沿方法，确保读者不仅理解“如何做”，更深刻理解“为何如此设计”。

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《Simulation with Arena.》这本书，在我看来，是一本非常“接地气”的专业书籍。我一直认为，理论知识固然重要，但如果不能落地，那么它的价值就会大打折扣。这本书在这方面做得相当出色。我注意到，书中在讲解每一个概念的时候，都会紧密结合Arena软件的操作步骤，并且给出非常详尽的图文指导。这对于我这样初次接触离散事件仿真软件的读者来说，简直是福音。我不需要在大量的官方文档中大海捞针，而是可以直接跟着书中的引导，一步步完成模型的构建和运行。我尤其看好书中关于“数据输入和输出”的章节，因为在我看来，仿真模型的意义在于它能够提供可量化的数据，从而帮助我们做出明智的决策。如果数据采集和分析做得不好，那么整个仿真过程的价值就会受到影响。我期待通过这本书，能够掌握如何有效地收集和处理仿真数据，并且能够从中提炼出有价值的信息。这本书的出现，让我觉得离掌握一种强大的分析工具又近了一步。

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关于《Simulation with Arena.》这本书，我不得不说，它给我带来的最大感受是——“系统性”和“实用性”的完美结合。从我初步翻阅的几章来看，作者并没有止步于对Arena软件功能的简单罗列，而是深入地阐述了进行仿真建模背后所遵循的一整套科学方法论。我特别欣赏书中对于“建模基础”的讲解，它不仅仅是告诉我们“怎么做”，更重要的是解释了“为什么这么做”。例如，关于“建模粒度”的选择，如何恰当地定义实体、属性和状态，这些都是决定仿真模型成败的关键。我看到书中详细地介绍了各种建模元素，比如“队列”、“服务台”、“搬运器”等等，并且通过生动的图示和案例，将抽象的概念具象化。这对于我这样在实际工作中需要处理复杂流程和资源分配的工程师来说，无疑是极具价值的。我迫不及待地想要去尝试书中介绍的“案例研究”，我相信通过这些真实的场景，我能够更好地理解如何将理论知识转化为实际的应用，从而解决我工作中遇到的具体问题。

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当我拿起《Simulation with Arena.》这本书时，我脑海中涌现的第一个词是“赋能”。我一直对通过可视化和动态的方式来理解复杂系统的工作原理充满兴趣，而离散事件模拟正是实现这一目标的绝佳途径。这本书，在我初步浏览后，给我留下了深刻的印象，它不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，引领我进入这个引人入胜的领域。我特别关注书中对于“仿真结果分析”的阐述，因为我深知，一个精心构建的仿真模型，如果不能被有效地解读，那么它的价值便无法完全体现。我看到了书中提及的各种统计图表和性能指标，这让我对如何从仿真输出中提取关键洞察充满了期待。我设想，通过学习这本书，我将能够更自信地构建出能够准确反映现实系统行为的模型，并且能够运用科学的统计方法来评估不同策略的优劣，从而为我的工作带来切实的改进。这本书无疑为我提供了一个通往更深层次系统理解的绝佳门户。

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这本《Simulation with Arena.》在我的书架上，占据了相当重要的位置，尽管我目前还在初探的阶段。我一直对“模拟”这个概念充满好奇，觉得它像是给现实世界搭了一个观察窗口，可以让我们在不干扰实际情况的前提下，去探索各种可能性。而这本书，恰恰给了我这样一个机会。它不仅仅是介绍一个软件，更像是在传授一种解决问题的思维方式。我试着去理解书中关于“流程图”的构建逻辑，这让我意识到，将一个复杂的系统分解成一个个可管理的“实体”、“流程”、“资源”，是多么的重要。我脑海中不断浮现出各种现实场景，比如工厂的生产线，医院的挂号系统，甚至是城市交通的拥堵，我都在试图用这本书提供的框架去“模拟”它们。虽然有些概念还比较晦涩，但书中循序渐进的讲解方式，以及似乎非常贴近实际操作的描述，让我觉得并非遥不可及。我希望通过这本书，能够真正掌握使用Arena软件进行建模的能力，并且理解其中的核心原理，而不仅仅是机械地操作。这本书就像一个宝藏地图，指向的是更深层次的理解和更广阔的应用前景。

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一本厚重而充满潜力的工具书，我拿到《Simulation with Arena.》时，首先感受到的是它沉甸甸的分量，这预示着它绝非泛泛而谈的理论介绍。虽然我还没有机会深入研读其中的每一个章节，但仅仅翻阅目录和前言，就足以让我对这本书的价值产生强烈的期待。书中详细地列出了离散事件模拟的各个方面，从基础概念的引入，到建模的策略，再到数据分析的深入探讨，似乎都涵盖无遗。特别是关于Arena软件操作的篇幅，感觉会非常详实，这对于我这样渴望将理论应用于实践的读者来说，无疑是雪中送炭。我注意到书中提到了多种工业场景的案例分析，这让我看到了将模拟技术应用到我所处行业的巨大可能性。我设想，通过学习这本书，我能够掌握构建复杂仿真模型的系统方法，理解不同参数设置对结果的影响，并最终利用仿真结果来优化决策，提高效率，降低风险。这本书的出版，让我看到了离散事件模拟领域向前迈进的重要一步，也为我提供了一个扎实可靠的学习平台。我尤其期待书中关于实验设计和统计分析的部分，相信它能帮助我更科学地进行仿真实验，得出更具说服力的结论。

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