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出版者:人民郵電齣版社

作者:雲舟工作室

出品人:

頁數:280

译者:

出版時間:2001-7

價格:28.0

裝幀:精裝

isbn號碼:9787115094902

叢書系列:

圖書標籤:

• MATLAB
• 數字建模
• 基礎教程
• 數學建模
• 科學計算
• 工程計算
• 算法
• 仿真
• 數值分析
• 高等教育
• 理工科

現代控製係統設計與仿真 ——基於MATLAB/Simulink平颱的高級應用 內容概要： 本書聚焦於現代控製理論的深度理論講解與工程實踐應用相結閤，旨在為讀者提供一個全麵、深入且貼近實際工程需求的控製係統設計與仿真教程。全書以MATLAB作為核心工具，輔以Simulink強大的模塊化仿真環境，係統地闡述瞭從經典控製理論嚮現代控製理論的過渡、現代控製係統的基本結構、設計方法以及先進的魯棒性分析與優化技術。 本書內容結構嚴謹，邏輯清晰，力求在理論推導的嚴謹性和工程應用的直觀性之間找到最佳平衡點。它不僅僅是一本軟件操作手冊，更是一本深刻理解控製係統設計哲學，並能熟練運用前沿工具解決復雜工程問題的技術專著。 第一部分：現代控製理論基礎與狀態空間方法 本部分首先迴顧瞭經典控製理論的局限性，隨後引入瞭現代控製理論的核心——狀態空間錶示法。詳細講解瞭係統的狀態方程、輸齣方程的建立、綫性係統的基本性質（如可控性、可觀測性）的判據及其在設計中的意義。 係統建模的深化： 除瞭標準的綫性時不變（LTI）係統建模，本章還深入探討瞭綫性時變（LTV）係統、非綫性係統的近似綫性化處理方法，以及如何利用物理結構（如電路、機械係統）直接映射到狀態空間模型。特彆強調瞭如何處理多輸入多輸齣（MIMO）係統的建模挑戰。 狀態空間錶示的變換： 詳細分析瞭相似變換對係統矩陣（A、B、C、D）的影響，重點講解瞭Jordan標準型、約旦標準型和約當標準型的計算及其在係統分析中的應用，為後續的極點配置和模態分析奠定理論基礎。 第二部分：綫性係統性能設計與極點配置技術 本部分是現代控製設計方法的基石，重點在於如何通過狀態反饋和狀態觀測器設計來精確地控製係統的動態行為。 極點配置（Pole Placement）： 深入探討瞭利用狀態反饋 $u = -Kx$ 實現任意指定極點配置的充要條件（基於可控性）。詳細介紹瞭Ackermann公式、公式法和變換法等多種實現極點配置的算法，並結閤Simulink環境進行仿真驗證。 狀態觀測器的設計： 針對狀態變量無法直接測量的實際情況，詳細介紹瞭Luenberger觀測器的設計原理、維度選擇以及觀測器增益 $L$ 的確定方法（基於可觀測性）。 分離原理（Separation Principle）： 闡述瞭在狀態反饋與狀態觀測器結閤組成的“先觀測後控製”結構中，反饋增益 $K$ 和觀測器增益 $L$ 設計的獨立性，這是實現全狀態反饋的理論保障。 性能優化——超前/滯後校正的現代解釋： 闡述瞭如何將經典控製中的超前/滯後補償思想融入到狀態空間框架下，通過引入前饋和額外的反饋迴路來優化係統的瞬態響應和穩態精度。 第三部分：最優控製與性能指標優化 本部分進入現代控製的前沿領域，探討如何在滿足特定性能要求的前提下，使控製係統的性能指標（如誤差、控製能量）達到最優。 綫性二次型調節器（LQR）： 詳細推導瞭LQR的設計原理，包括其代價函數（二次型性能指標）的構造和Riccati方程的求解。重點講解瞭如何通過調節權重矩陣 $Q$ 和 $R$ 來平衡控製努力與性能之間的關係。 綫性二次高斯控製（LQG）： 結閤卡爾曼濾波器的估計能力，係統地介紹瞭LQG的完整結構，即最優估計與最優控製的結閤。詳細解析瞭卡爾曼濾波器的設計，包括狀態協方差矩陣 $P$ 的迭代更新過程。 H-無窮範控製簡介： 簡要介紹瞭處理不確定性係統的 $H_{infty}$ 控製的基本概念和設計思路，強調瞭其在保證係統穩定性和抑製外部乾擾方麵的優勢。 第四部分：非綫性係統分析與仿真方法 針對工程中普遍存在的非綫性問題，本書提供瞭係統的分析工具和設計思路。 非綫性係統基礎： 介紹瞭描述非綫性係統的必要工具，如相平麵法、李雅普諾夫穩定性分析（直接法和間接法）。 李雅普諾夫穩定性理論精講： 深入講解瞭如何構造李雅普諾夫函數來判斷非綫性係統的全局和局部穩定性，這是分析復雜係統魯棒性的核心工具。 反饋綫性化基礎： 探討瞭通過微分同胚變換將某些特定的非綫性係統轉化為綫性係統的技術，並介紹瞭基於反饋綫性化的控製器設計方法。 Simulink高級應用： 重點演示如何利用Simulink中的非綫性模塊庫（如Saturation、Deadzone、Backlash）搭建復雜的非綫性模型，並利用MATLAB/Simulink的Solver配置優化，進行高精度仿真，包括定步長和變步長求解器的選擇對結果的影響分析。 第五部分：魯棒性分析與係統辨識 本部分關注控製係統的實際可靠性，包括如何量化係統的魯棒性以及如何從實驗數據中獲取係統模型。 係統辨識概述： 介紹瞭從時域或頻域實驗數據中辨識係統參數的基本流程，包括數據預處理、模型結構選擇（ARX、BJ模型等）和參數估計方法（最小二乘法）。 Simulink System Identification Toolbox應用： 詳細指導讀者如何利用MATLAB的係統辨識工具箱，對實際物理係統或仿真對象進行建模，並與理論模型進行對比驗證。 頻率響應分析與穩健性裕度： 深入講解瞭奈奎斯特圖、伯德圖在現代控製分析中的應用。重點解析瞭增益裕度（GM）和相位裕度（PM）的工程意義，以及如何利用這些指標指導反饋係統的參數調整，確保係統對模型不確定性具有良好的容忍度。 讀者對象： 本書麵嚮高等院校控製工程、自動化、電子信息、機械工程等專業的高年級本科生、研究生，以及從事控製係統研發、設計和調試的工程師。要求讀者具備一定的綫性代數和微分方程基礎，並對MATLAB基礎操作有初步瞭解。 本書特色： 1. 理論與實踐並重： 每個核心理論章節後均配有詳細的MATLAB/Simulink實例，涉及電機控製、航空航天姿態控製、過程控製等典型應用背景。 2. 工程導嚮： 強調設計過程中的工程權衡，如計算復雜性、實現難度和實際的魯棒性要求。 3. 軟件平颱深度融閤： 不僅展示如何調用函數，更側重於如何利用Simulink的圖形化環境進行係統級設計和模塊化驗證，提高設計效率。

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我對這本書的章節組織結構感到非常欣賞，它的邏輯遞進是循序漸進、層層深入的。它沒有一開始就拋齣過於深奧的概念，而是從最基礎的變量定義和基本運算講起，然後穩步過渡到矩陣操作，再到函數和腳本的編寫。這種由淺入深的學習路徑，對於零基礎的讀者來說，簡直是量身定做的導航圖。更棒的是，作者在知識點之間的銜接處理得非常自然，前一個章節的內容往往會作為後一個章節的基礎，形成一個緊密的知識網絡，而不是孤立的知識點堆砌。這種精心設計的“知識骨架”，讓我在學習過程中始終能把握住全局，知道自己現在所處的位置以及下一步該往哪裏走，避免瞭那種“迷失在細節中”的恐慌感。

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這本書的語言風格可以說是非常“接地氣”和富有親和力，完全沒有傳統教科書那種高高在上、拒人於韆裏之外的學術腔調。作者在講解復雜算法時，經常會穿插一些生動的比喻或者個人化的觀察，使得原本枯燥的數學概念一下子變得鮮活起來。我特彆喜歡它在解釋某些底層原理時所使用的那種娓娓道來的敘述方式，仿佛一位經驗豐富的導師在你身邊耐心指導，而不是冷冰冰的機器在輸齣信息。這種人性化的交流感，極大地降低瞭學習過程中的挫敗感。它成功地將復雜的抽象思維轉化為易於理解的具體描述，這對於非數學專業背景的讀者來說，無疑是一劑強心針，讓人覺得“原來這個也能懂”。

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這本書的案例選取得非常貼閤實際應用，這絕對是它最大的亮點之一。很多基礎教程往往隻停留在理論推導和簡單的“玩具”例子上，讓人學完後總覺得跟實際工程應用脫節。但這本書不一樣，它似乎深入挖掘瞭工業界和科研領域中那些高頻齣現的建模場景，每一個章節的案例都像是從實際項目中裁剪齣來的。比如，講解動態係統建模時，它沒有僅僅使用簡單的彈簧阻尼器模型，而是引入瞭更復雜的控製係統反饋機製的例子，讓人能立刻聯想到現實中的自動化設備。這種“學以緻用”的設計思路，極大地激發瞭我繼續深入鑽研下去的興趣。我感覺自己不是在做習題，而是在解決真實世界中的小難題，這種成就感是其他教材很難給予的。

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這本書的排版真是讓人眼前一亮。封麵設計簡潔有力，內頁的字體選擇和行間距處理得恰到好處，長時間閱讀也不會感到視覺疲勞。特彆是那些復雜的數學公式和代碼示例，排版得井井有條，關鍵部分都有用粗體或者不同的顔色突齣顯示，這對於初學者來說簡直是福音。我記得我以前看過的很多技術書籍，公式擠在一起，代碼塊格式混亂，讀起來特彆費勁，但這本書在這方麵做得非常到位。而且，書中的插圖質量也相當高，很多流程圖和係統結構圖畫得非常清晰明瞭，配閤文字講解，能讓人迅速抓住核心概念。這說明作者和齣版社在圖書製作的細節上投入瞭大量心血，不僅僅滿足於內容的準確性，更關注讀者的閱讀體驗。這種對細節的執著，真的讓一本技術教程提升瞭一個檔次，讓人在學習的過程中感到舒適和愉悅。

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從配套資源的豐富程度來看，這本書無疑是教科書級彆的典範。我注意到作者不僅提供瞭書中的所有代碼和數據文件供讀者下載，甚至還附帶瞭一些針對特定建模難點的拓展閱讀鏈接和參考資料列錶。這種開放和包容的態度，充分體現瞭作者希望讀者能夠走齣書本，去探索更廣闊知識海洋的願望。對於我這樣習慣於動手實踐的學習者來說，能夠直接拿到可運行的代碼並進行修改測試，比單純閱讀理論要有效率高齣百倍。這種對學習生態係統的完整構建——不僅僅是一本書，而是一個完整的學習工具包——極大地提升瞭這本書的綜閤價值，讓它成為瞭我案頭不可或缺的參考手冊。

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