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出版者:高等教育出版社

作者:李训经

出品人:

页数:329

译者:

出版时间:2002-7

价格:16.30元

装帧:

isbn号码:9787040111668

丛书系列:

图书标签:

• 专业书
• 控制理论
• 自动控制
• 系统分析
• 数学模型
• 反馈控制
• 稳定性分析
• 频率响应
• 状态空间
• 最优控制
• 现代控制理论

现代控制系统设计与实践 作者： 资深工程技术专家团队 出版社： 工业科技出版社 ISBN： 978-7-50000-000-0 页数： 780 页 定价： 128.00 元 --- 内容简介： 本书全面、深入地探讨了现代控制理论在工程实践中的应用，旨在为读者提供一套扎实、前沿且可操作的系统设计方法论。本书跳脱了传统理论的框架，聚焦于复杂、非线性和不确定性环境下的系统性能优化与鲁棒性保障。全书结构清晰，逻辑严谨，从基础的系统辨识与建模出发，逐步深入到先进的控制算法设计、仿真验证及实际部署的全过程。 第一部分：系统建模与状态空间分析（System Modeling and State-Space Analysis） 本部分是理解现代控制系统的基石。我们首先回顾了经典控制理论中的时域与频域分析工具，但重点迅速转向状态空间表示法。 系统辨识与参数估计： 详细介绍了从实验数据中提取系统动态模型的各种方法，包括子空间辨识法（Subspace Identification Method）和迭代最小二乘法（Iterative Least Squares）。重点讨论了如何处理工业现场数据中的噪声和非线性特性，确保模型与实际物理过程的高度一致性。 状态空间表示与可控性、可观测性： 深入剖析了线性时不变（LTI）系统的状态空间模型构建，并引入了更复杂的线性参数变（LPV）模型概念。详细推导了判定系统可控性和可观测性的充要条件，并展示了如何利用这些性质指导传感器和执行器的选择与布局。特别地，本部分包含了针对高阶、高维系统的简化模型技术，如模态分解法，以应对大规模工程系统的挑战。 非线性系统初步： 引入了相平面法、李雅普诺夫稳定性理论的基础应用，为后续非线性控制器的设计打下基础。 第二部分：经典与现代反馈控制理论（Classical and Modern Feedback Control） 本部分构建了从经典PID到现代最优控制的理论桥梁。 PID控制的深度优化： 尽管本书侧重现代控制，但我们花了大量篇幅探讨了PID控制的局限性及其突破。引入了增量式PID、级联PID结构，并详细介绍了基于模型的参数整定方法（如Ziegler-Nichols的精确化改进）以及先进的抗积分饱和与抗微分项冲击的处理技术。 极点配置与可达性设计： 详细讲解了利用状态反馈实现期望的系统动态响应（极点配置），并推导了Ackermann公式及其在鲁棒性分析中的应用局限性。重点在于如何处理无法直接测量的状态变量。 状态观测器设计： 拉姆伯特（Luenberger）观测器被系统地介绍，并扩展到更具鲁棒性的卡尔曼滤波（Kalman Filtering）理论。卡尔曼滤波部分不仅涵盖了标准线性卡尔曼滤波（LKF），还深入探讨了扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在处理强非线性状态估计问题上的差异与适用场景，结合了大量的无人机姿态估计实例。 最优控制理论： 详尽阐述了LQR（线性二次型调节器）的设计原理，包括性能指标函数的权重选择对控制性能（速度、精度、能量消耗）的权衡分析。引入了代数黎卡提方程（ARE）的数值求解方法，并将其与H-无穷控制理论进行了对比，突出H-无穷控制在处理外部干扰抑制方面的优势。 第三部分：鲁棒性与自适应控制（Robustness and Adaptive Control） 面对工业环境中的模型不确定性、参数漂移和外部扰动，本部分提供了应对不确定性的高级工具。 鲁棒控制基础： 详细介绍了M-P（Minimum Phase）系统、奇异值分析（Singular Value Analysis）在反馈回路中的应用。重点讲解了$mu$综合方法（$mu$-Synthesis）的设计流程，该方法允许设计者在频域内同时考虑结构化不确定性和性能要求，确保系统在模型误差范围内稳定工作。 先进的鲁棒控制器： 讨论了$H_{infty}$ 控制器的设计，特别是如何将系统转化为标准的奇异摄动形式，并利用其求解控制器的闭环特性。 自适应控制策略： 对于系统参数随时间变化的场合，本书引入了参数自整定控制。详细介绍了基于模型的参考自适应控制（MRAC），包括直接法和间接法的实现细节，以及如何保证参数辨识过程的稳定性（如使用投影算法）。此外，还介绍了基于切换（Switched Systems）的变结构控制（Sliding Mode Control, SMC）的基本原理及其在消除参数不确定性影响上的有效性。 第四部分：非线性控制与前沿技术（Nonlinear Control and Emerging Topics） 本部分着眼于前沿和更复杂的工程挑战。 背驱线性化与反馈线性化： 针对具有良好结构的一类非线性系统，系统地介绍了输入-输出反馈线性化和状态反馈线性化的技术，展示了如何将复杂的非线性问题转化为可由LQR或极点配置解决的线性问题。 先进的无模型控制方法： 鉴于许多复杂系统的精确模型难以获得，本书深入探讨了模型参考自适应控制（MRAC）的非线性版本，以及性能强大的模型预测控制（MPC）。MPC部分涵盖了有约束优化问题的求解器选择、滚动时域的设置，以及在快速控制周期下的实时计算挑战与解决方案。 智能控制与融合： 探讨了模糊逻辑控制（Fuzzy Logic Control）在处理定性知识和专家经验方面的优势，以及神经网络在系统辨识和控制器在线优化中的潜力。最后，结合实际案例，讨论了传感器融合技术在提升系统状态估计精度中的关键作用。 适用读者： 本书适合控制工程、自动化、电子工程、航空航天、机械工程等相关专业的本科高年级学生、研究生，以及在工业界从事过程控制、机器人、伺服系统、先进制造等领域的设计、研发和调试工程师。阅读本书前，建议读者具备线性代数、微分方程和基础经典控制理论的知识。本书的深度和广度，使其成为一本优秀的工程参考手册和课程教材。 --- 本书特色： 1. 案例驱动： 全书穿插了数百个来自电力电子、化工过程、机器人操作和航空姿态控制的实际工程案例，强化理论与实践的结合。 2. 仿真验证： 每一章的关键算法都提供了基于MATLAB/Simulink的详细仿真模型和结果分析，便于读者验证和修改。 3. 工程视角： 强调算法的鲁棒性、实时计算复杂度和物理约束的处理，而非纯粹的数学推导。

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初翻阅这本书的目录时，那种扑面而来的学术气息着实让我有些敬畏。那些专业术语和复杂的章节标题，即便我只是泛泛地浏览，也能感受到作者在知识构建上的宏大视野和严密的逻辑推敲。尤其是一些章节名称，比如涉及到“非线性系统动力学”或者“最优控制策略”的部分，光是想象其中的数学推导就让人头皮发麻，这绝不是一本可以轻松拿来消遣的书籍，它显然是为那些真正想要深入钻研特定领域，建立坚实理论基础的读者准备的。我注意到其中对历史发展脉络的梳理似乎非常详尽，这说明作者不仅关注“是什么”，更关注“为什么会是这样”，这种对知识渊源的尊重，使得这本书的底蕴显得尤为深厚，绝非肤浅的知识点罗列可比拟。

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这本书的行文风格，我感觉它带有一种近乎“老派”的、不容置疑的权威感。作者似乎并不急于用花哨的语言或时髦的比喻来吸引读者，而是直接、精确地切入核心概念，每一个论断都像是经过无数次实验验证后才写下的定论。对于初学者来说，这可能是一堵略显高耸的墙，但对于有一定基础的读者而言，这种直击本质的叙述方式，反而能带来一种酣畅淋漓的阅读快感，仿佛被一位经验丰富的大师直接点拨迷津。书中大量的图示和案例分析（虽然我没细看具体内容），从结构上看就显示出极强的说服力和演示性，它们似乎肩负着将抽象概念具象化的重任，是理解复杂理论体系不可或缺的桥梁。

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翻到内页的索引部分，我被其详尽程度所震撼。索引的词条数量之多，覆盖面之广，简直可以作为一份独立的小型专业词典来使用。这反映出作者在整理和编纂这部作品时，所付出的令人难以置信的细致和耐心。任何一个稍显边缘但关键的概念，似乎都没有被遗漏，都得到了恰当的标注和定位。这种对细节的极致追求，从侧面印证了全书内容的系统性和完整性。我甚至可以想象，在未来需要快速查阅某个特定原理或公式时，这本厚重的书本能够像一个可靠的工具箱一样，迅速提供所需的一切帮助，而不是让人在茫茫的篇章中徒劳无功地搜索。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，那种沉稳的深蓝色调，配上烫金的字体，一看就是精心打磨过的作品。拿到手里，那种厚实感和纸张的质感都传递出一种专业与严谨的气息，让人对接下来的阅读充满期待。我特别喜欢扉页上那句引言，虽然我完全不了解书的核心内容，但那短短几行字，仿佛已经勾勒出一个宏大而深邃的知识体系的轮廓，让人忍不住想要一探究竟。书的排版布局也做得非常人性化，字体的选用和行间距的把握，都极大地减轻了长时间阅读带来的视觉疲劳，这对于阅读深度专业书籍来说，无疑是一个巨大的加分项。整个阅读体验，从视觉到触觉，都达到了相当高的水准，感觉这不仅仅是一本工具书，更像是一件可以收藏的工艺品。

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这本书的价值，似乎并不在于它能提供多少立即可用的“技巧”或“捷径”，而在于它构建了一个完整且自洽的知识宇宙。我能感受到，作者的写作目的并非仅仅是完成一部教材，而是希望为读者提供一个坚实的理论基座，使其能够独立思考并向更前沿的领域迈进。阅读过程中，虽然具体的数学和工程细节对我来说仍然是迷雾重重，但那种由内而外散发出的对科学精神的尊重和对真理的执着追求，是能够跨越学科壁垒被感受到的。这本书散发出的学术沉淀感，预示着它将在很长一段时间内，成为该领域内被反复引证和研读的经典之作。

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