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出版者:科學齣版社

作者:榖蕃隆嗣

出品人:

頁數:217

译者:馬炫

出版時間:2003-1

價格:18.00元

裝幀:簡裝本

isbn號碼:9787030115164

叢書系列:

圖書標籤:

• AI
• 人工智能
• 神經網絡
• 模糊邏輯
• 信號處理
• 模式識彆
• 機器學習
• 數據分析
• 控製係統
• 優化算法
• 智能係統

好的，這是一本介紹“控製係統理論與工程應用”的圖書簡介，內容詳實，不涉及“人工智能神經網絡與模糊信號處理”相關主題： 控製係統理論與工程應用：經典方法與現代實踐 導言：驅動現代工程的核心技術 在當今的工程世界中，從精密的航天器姿態控製到高效的工業自動化生産綫，再到我們日常使用的智能傢電，無不依賴於可靠、精確的控製係統。控製係統理論是工程學科的基石之一，它提供瞭一套嚴謹的數學框架，用以分析、設計和實現能夠使係統行為符閤預期目標的機製。 本書《控製係統理論與工程應用：經典方法與現代實踐》旨在為工程技術人員、研究人員以及高年級本科生和研究生提供一個全麵而深入的視角，覆蓋控製係統領域的經典理論基礎、成熟的設計方法，以及在當前工業背景下的最新應用實踐。本書的焦點在於經典反饋控製理論的穩健性和現代控製理論的係統性，強調理論與實際工程問題的緊密結閤。 第一部分：控製係統的數學基礎與時域分析 本部分為後續深入學習奠定堅實的數學基礎，並引入瞭描述和分析動態係統的基本工具。 第1章：動態係統的描述與建模 本章詳細闡述瞭綫性時不變（LTI）係統的基本特性，包括狀態空間錶示法和傳遞函數錶示法。我們深入探討瞭如何根據物理定律（如牛頓第二定律、基爾霍夫定律）建立一階、二階乃至高階係統的數學模型。特彆關注瞭物理建模過程中的關鍵步驟，如變量選擇、簡化假設的閤理性，以及模型參數的辨識方法。本章還涵蓋瞭係統的基本性能指標，如瞬態響應（超調量、建立時間）和穩態誤差的定義。 第2章：時域分析與性能評估 重點分析係統在典型輸入（單位階躍、單位脈衝、斜坡輸入）下的時間響應。通過對標準反饋結構（如PID控製的開環和閉環響應）的分析，讀者將掌握如何直觀地理解係統的時間常數、阻尼比和自然頻率對瞬態行為的影響。本章詳細介紹瞭穩態誤差分析，包括Type 0、Type 1和Type 2係統的無差控製能力，並引入瞭根軌跡法的基本原理，用以直觀地展示係統極點隨增益變化而移動的軌跡，這是設計控製器的關鍵起點。 第二部分：頻率域分析與經典控製器的設計 頻率響應分析是經典控製理論中最強大且最直觀的工具之一。本部分專注於如何利用頻率域工具來評估係統的穩定性和設計控製器。 第3章：頻率響應與伯德圖分析 本章係統介紹瞭頻率響應的概念，並詳細闡述瞭伯德圖（Bode Plot）的繪製、解讀及其在係統分析中的應用。我們將學習如何從伯德圖上快速確定係統的帶寬、增益裕度（GM）和相位裕度（PM），這些是衡量係統穩定性的關鍵指標。此外，還引入瞭奈奎斯特圖（Nyquist Plot）的繪製及其穩定性判據，提供瞭比根軌跡法更通用的穩定性分析手段。 第4章：經典PID控製器設計與整定 比例-積分-微分（PID）控製器是工業界應用最廣泛的控製器。本章深入剖析瞭P、I、D三項各自的作用機理及其對係統性能的影響。重點講解瞭Ziegler-Nataraj（齊格勒-尼科爾斯）整定法的原理與步驟，包括反應麯綫法和振蕩法，確保讀者能夠係統地、有章法地對實際物理係統進行控製器參數的現場整定。同時，也會討論實際應用中抗飽和處理和微分項濾波等工程實用技巧。 第5章：超前-滯後補償器設計 當係統的固有特性無法滿足性能要求時，需要引入補償器來修改係統的頻率響應。本章詳細介紹瞭超前補償器（Lead Compensator）如何提高係統的相位裕度和瞬態響應速度，以及滯後補償器（Lag Compensator）如何減小係統的穩態誤差。通過設計實例，讀者將掌握如何根據伯德圖上的要求，精確計算補償器的極點和零點位置，以滿足特定的相位裕度和增益要求。 第三部分：現代控製理論與狀態空間方法 進入21世紀，現代控製理論以其強大的係統化能力和對多輸入多輸齣（MIMO）係統的處理能力，成為復雜係統控製的主流方法。 第6章：狀態空間錶示法進階 本章將狀態空間錶示法提升到設計層麵。詳細介紹瞭可控性（Controllability）和可觀測性（Observability）的概念及其判據（如卡爾曼判據）。重點講解瞭如何利用這些性質來指導控製器和觀測器的設計。此外，本章涵蓋瞭模態分解，幫助理解係統內部狀態變量的獨立動態特性。 第7章：極點配置與狀態反饋控製 狀態反饋控製是現代控製設計的核心。本章詳細闡述瞭極點配置（Pole Placement）技術，通過設計閤適的狀態反饋增益矩陣 $K$，將係統的閉環極點放置在期望的穩定區域。我們深入探討瞭如何利用Ackermann公式等工具高效地計算反饋增益，並討論瞭當係統不可完全控時，如何采用部分極點配置的策略。 第8章：狀態觀測器設計 在許多實際應用中，係統的所有狀態變量無法直接測量。本章介紹瞭狀態觀測器（State Observers）的設計，特彆是Luenberger觀測器。我們將學習如何設計觀測器增益 $L$，使得估計狀態 $hat{x}$ 能夠漸近收斂於真實狀態 $x$。同時，本章還討論瞭分離原理，它證明瞭控製器設計與觀測器設計可以獨立進行，極大地簡化瞭實際係統的設計過程。 第四部分：係統穩定性理論與魯棒性分析 控製係統設計的最終目標是確保其在各種擾動下依然保持穩定和性能。本部分聚焦於穩定性理論的嚴謹性以及對係統不確定性的處理。 第9章：李雅普諾夫穩定性理論 作為非綫性係統分析的強大工具，李雅普諾夫穩定性理論在本章被係統介紹。我們不僅講解瞭直接法（二次型李雅普諾夫函數）在LTI係統和特定非綫性係統穩定性判斷中的應用，還探討瞭間接法（利用綫性化係統的極點）的適用範圍和局限性。本章是理解非綫性控製設計的基礎。 第10章：魯棒性分析與H∞控製簡介 在實際工程中，係統模型總存在誤差和外部擾動。本章引入瞭魯棒控製的概念，重點討論瞭基於頻率響應的魯棒性指標，如增益裕度和相位裕度。對於更高級的係統不確定性，本章簡要介紹瞭$mathrm{H}_{infty}$ 控製的基本思想，即在頻域內最小化係統對有界乾擾的敏感度，確保係統在最壞情況下的性能。 總結與展望 本書內容全麵覆蓋瞭從經典的根軌跡、伯德圖分析到現代的狀態空間設計、極點配置等核心技術。通過大量的工程實例和詳細的計算推導，讀者將能夠掌握設計和分析復雜控製係統的全套工具箱。本書強調的是工程實踐中的建模、分析、設計和驗證的完整閉環流程，為讀者在航空航天、電力電子、機器人學及過程控製等領域解決實際問題提供堅實的理論支撐。

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閱讀這本書的過程中，我發現它的注釋和引文係統異常詳盡和專業，這對於希望進一步深挖研究方嚮的讀者來說，簡直是寶藏級彆的資料庫。每一次提到一個關鍵性的理論或裏程碑式的成果，作者都會精準地標注齣其原始齣處，並且很多時候，旁注裏還會補充一些關於原始論文作者的背景信息或者該理論在當時研究社群中引發的爭議，這使得整個閱讀體驗不僅僅是學習技術，更像是在參與一場跨越時空的學術對話。我甚至因此找到好幾本與主綫內容看似偏離，但實則相互印證的經典文獻，極大地拓寬瞭我的閱讀邊界。這套嚴謹的學術規範，讓這本書的權威性毋庸置疑，它不是空中樓閣般的理論堆砌，而是建立在堅實的曆史和前沿研究基礎之上的。每次查閱引用時，那種清晰的脈絡感，讓人對作者的治學態度肅然起敬。

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這部書的裝幀設計真是一絕，封麵那種深邃的藍色調，配上那些仿佛在夜空中閃爍的幾何圖形，一下子就把我帶入瞭一個充滿科技感和神秘感的領域。我當時在書店裏一眼就被它吸引住瞭，那種設計感遠超那些教科書式的封麵，讓人忍不住想翻開看看裏麵究竟蘊含著怎樣的智慧。拿在手裏掂量瞭一下，紙張的質感也相當不錯，厚實而又不失細膩，油墨印刷的清晰度極高，即便是那些復雜的公式和圖錶，看起來也毫不費力，閱讀體驗因此大大提升。封麵上的燙金字體在燈光下熠熠生輝，透露齣一種低調的奢華感，讓人感覺這不是一本普通的專業書籍，而更像是一件藝術品，放在書架上都覺得倍有麵子。而且，從裝幀的精良程度來看，就能感受到齣版方對內容的重視，這無疑給瞭讀者一種強烈的心理暗示：這本書值得我投入時間和精力去研讀。那些符號的排布，似乎都在暗示著宇宙間某種深層次的規律，每一次翻閱都像是在進行一次視覺上的探索。

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我最欣賞這本書的行文風格，它有一種獨特的敘事節奏感，不像某些技術書籍那樣枯燥乏味，讓人讀上幾頁就昏昏欲睡。作者似乎深諳如何將復雜的理論用一種近乎文學性的語言來闡述，每一個概念的引入都像是精心編排的樂章，層層遞進，充滿邏輯的張力。它不會急於拋齣最深奧的公式，而是先構建一個清晰的知識框架，用生活化的比喻來點醒那些抽象的原理，比如在解釋某一算法的迭代過程時，作者竟然引用瞭古代哲學傢關於“求真”的論述，這種跨學科的融會貫通，讓閱讀過程充滿瞭驚喜。更難能可貴的是，作者在闡述清晰的同時，也保持瞭足夠的學術嚴謹性，絕不為瞭追求通俗而犧牲專業深度。讀完某一章節，我常常會有一種豁然開朗的感覺，仿佛之前睏擾已久的問題，都被作者用一把精巧的鑰匙輕輕打開瞭，那種思維被引導和拓展的快感，是其他書籍難以比擬的。

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這本書在內容組織上展現瞭極高的匠心，它沒有采用那種傳統的、硬性的章節劃分，而是將知識點串聯成一條流暢的知識河流。我特彆注意到，作者在過渡部分的處理非常巧妙，總能在看似不相關的兩個理論之間架設起一座邏輯的橋梁，使得整個知識體係的構建顯得非常自然和有機。例如，當討論到某一特定模型的局限性時，作者並沒有直接給齣解決方案，而是通過迴顧早期研究的背景和動機，引導讀者自己去思考改進的方嚮，這是一種非常高明的教學手法。它培養的不是單純的知識接收者，而是主動的思考者和探究者。書中的案例選取也極其貼閤時代脈搏，涉及的領域廣泛而深入，從最基礎的數學建模到前沿的應用場景，作者都處理得遊刃有餘，沒有齣現任何知識點脫節或解釋含糊的地方，這充分體現瞭作者深厚的學術功底和對學科發展脈絡的精準把握。

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這本書的排版布局和圖錶設計簡直是教科書級彆的典範。它深知圖錶在理解復雜係統中的重要性，每一個示意圖都不是簡單的素材堆砌，而是經過瞭精心設計的可視化工具。那些流程圖的綫條粗細、顔色區分都恰到好處，即便是涉及高維空間或時間序列的復雜關係，也能通過作者巧妙的二維投影和標記，變得一目瞭然。而且，書中大量使用的插圖和代碼示例，排版風格統一、對齊完美，閱讀起來沒有任何視覺疲勞。特彆是那些算法的僞代碼部分，縮進和關鍵詞的突齣顯示處理得非常人性化，讓人在快速瀏覽和深入學習時都能兼顧效率。比起市麵上很多將復雜信息壓縮成一團的排版，這本書無疑是清流，它尊重讀者的閱讀體驗，用空間和留白來幫助大腦更好地消化吸收知識，讓人感覺每翻一頁都是對視覺和智力的雙重愉悅。

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