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出版者:東南大學齣版社

作者:龔樂年 編

出品人:

頁數:339

译者:

出版時間:2003-1

價格:38.00元

裝幀:簡裝本

isbn號碼:9787810892094

叢書系列:

圖書標籤:

• 自動控製
• 現代控製理論
• 調節技術
• 反饋控製
• 係統分析
• 優化控製
• 控製係統
• 工程控製
• 動態係統
• 控製工程

好的，這是一份為一本名為《現代調節技術》的書籍撰寫的、不包含其內容的圖書簡介。 --- 現代控製理論基礎：從經典到前沿的係統優化實踐 書籍名稱： 現代控製理論基礎：從經典到前沿的係統優化實踐 作者： [此處留空，以模擬真實書籍的齣版信息] 齣版社： [此處留空] ISBN： [此處留空] 裝幀： 精裝 定價： [此處留空] --- 導言：在復雜性中尋求秩序的科學 在當今高度互聯和動態變化的世界中，從微觀的納米機器人到宏觀的航空航天係統，再到復雜的經濟模型和社會治理，對精確、穩定和高效的係統性能的需求達到瞭前所未有的高度。這門學科的核心使命，就是研究如何通過設計和實施有效的乾預策略，使得一個復雜的物理或抽象係統能夠按照預期的軌跡運行，抵抗外部乾擾，並優化其長期行為。 《現代控製理論基礎：從經典到前沿的係統優化實踐》並非一本關於某一特定工程領域的工具書，而是一部係統性地梳理和深入解析控製科學基本原理、核心方法論以及當前發展趨勢的理論專著。它旨在為讀者構建一個堅實而廣闊的知識框架，使其能夠理解和掌握如何對動態係統進行建模、分析、綜閤和實現控製。 本書的結構設計，是遵循一條從基礎概念的建立到高級理論的深入探索，再到實際應用中的挑戰與前瞻的邏輯主綫。我們摒棄瞭僅僅羅列公式的枯燥敘述，轉而強調物理意義、數學嚴謹性與工程直覺三者之間的有機結閤。 第一部分：動態係統的數學基石與經典視角 本部分著重於為後續所有高級主題奠定不可或缺的數學基礎，並迴顧那些曆經時間考驗的經典控製範式。 第一章：動態係統的建模：狀態空間與傳遞函數 任何控製問題的第一步是對所研究對象的動態特性進行量化描述。本章詳細探討瞭兩種最基本的數學模型——狀態空間錶示法和傳遞函數模型。我們不僅分析瞭綫性定常（LTI）係統的建模流程，如歐拉方程的導齣、拉普拉斯變換的應用，更引入瞭非綫性係統的局部綫性化技術，為後續處理復雜係統做好瞭鋪墊。重點解析瞭係統的可控性和可觀測性這兩個決定瞭控製和估計方案可行性的核心概念。 第二章：時域分析與性能指標 在時域中，我們關注係統對特定輸入（如階躍、脈衝）的瞬態響應特性。本章深入剖析瞭係統的時間響應指標，包括超調量、建立時間、阻尼比和自然頻率。通過對一階、二階係統的詳細解析，讀者將直觀地理解係統極點位置對瞬態行為的決定性影響。此外，本章還引入瞭穩態誤差分析，界定瞭係統在長期運行中對參考輸入的跟蹤精度要求。 第三章：頻域分析與經典設計法則 頻域分析是理解係統帶寬、穩定裕度以及抗乾擾能力的強大工具。本章圍繞頻率響應函數展開，係統性地介紹瞭波德圖、奈奎斯特圖的繪製與解讀。重點在於根軌跡法的設計過程，它提供瞭一種直觀的參數整定手段，使工程師能夠根據期望的係統極點位置反推所需的控製器增益。我們將經典控製理論的精髓——PID控製器的設計、參數整定（如Ziegler-Nichols方法）——置於一個嚴格的理論框架之下進行審視。 第二部分：現代控製理論的核心範式 隨著係統復雜度的提升和計算能力的增強，現代控製理論將焦點從單一的輸齣反饋轉移到瞭狀態變量的反饋與估計上來。 第四章：狀態反饋極點配置與最優控製 本章是現代控製理論的核心。我們首先探討瞭滿狀態反饋的極點配置，展示瞭如何利用綫性代數工具（如Ackermann公式）將期望的動態特性“植入”係統，前提是係統必須是完全可控的。隨後，我們將視角提升至最優控製，引入瞭LQR（綫性二次型調節器）的設計理念。LQR 不僅要求係統穩定，更重要的是它能在滿足二次性能指標函數（平衡狀態誤差和控製能量消耗）的框架下找到最佳的反饋律。 第五章：狀態估計：卡爾曼濾波的理論與實踐 在許多實際工程場景中，係統狀態變量是無法直接測量的。本章聚焦於狀態觀測器的設計，特彆是卡爾曼濾波（Kalman Filter）。我們詳細推導瞭離散時間和連續時間卡爾曼濾波的遞歸過程，強調瞭過程噪聲協方差（Q）和測量噪聲協方差（R）在估計性能優化中的關鍵作用。此外，本章也涵蓋瞭Luenberger觀測器等確定性估計方法，並比較瞭它們與隨機最優估計方法的適用邊界。 第三部分：魯棒性、非綫性與前沿展望 現代係統必須麵對不確定性、模型誤差和非綫性現象。《現代控製理論基礎》的最後一部分，將讀者的目光引嚮如何設計齣能夠在真實世界中可靠運行的控製器，並展望瞭未來的研究方嚮。 第六章：係統不確定性與魯棒控製基礎 現實世界中的模型總是不完美的，存在參數攝動和未建模動態。本章引入瞭魯棒性的概念，探討如何設計對不確定性不敏感的控製器。我們將深入講解$H_{infty}$ 控製理論的基本框架，理解如何通過頻率加權函數將性能要求和魯棒性要求轉化為一個標準的三角不等式問題，並通過求解[$mathbf{H}_{infty}$ 控製器](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B7%B1%E5%BA%A6%E6%8E%A7%E5%88%B6)來保證閉環係統的性能邊界。 第七章：非綫性係統的分析與基礎控製策略 綫性化方法在遠離工作點的區域失效。本章轉嚮非綫性係統的固有特性分析，包括平衡點的穩定性分析（李雅普諾夫法）和相平麵法。在控製策略上，我們重點介紹瞭幾種針對非綫性係統的有效設計方法，如滑模控製（Sliding Mode Control, SMC），它通過高頻切換作用力來強製係統軌跡滑嚮期望的低維流形，展現齣極強的魯棒性。同時，也將介紹反饋綫性化的基本思想。 第八章：麵嚮未來的控製：自主性與智能融閤 最後，本章將理論推嚮更廣闊的應用前沿。我們將探討自適應控製（當係統參數未知或時變時如何調整控製器）和模型預測控製（MPC）。MPC作為一種強大的在綫優化方法，能夠處理多約束和多變量耦閤問題，是當前工業過程控製和機器人控製領域的熱點。此外，還將簡要概述強化學習（RL）在復雜決策製定中的新興角色，探討其與傳統控製理論的融閤潛力。 目標讀者 本書內容嚴謹，覆蓋麵廣，適用於以下讀者群體： 1. 控製工程、自動化、航空航天、電子信息工程等相關專業的高年級本科生及研究生：作為核心課程的教材或深入學習的參考書。 2. 係統工程師與研發人員：需要係統性迴顧和掌握從經典 PID 到現代最優、魯棒控製技術的專業人士。 3. 對動態係統優化感興趣的跨學科研究人員：為理解復雜的物理、生物或經濟係統提供強大的數學工具箱。 通過本學習旅程，讀者將不僅掌握“如何”設計控製器，更將深刻理解“為什麼”這些方法有效，從而具備分析和解決未來各種復雜動態係統挑戰的能力。 --- 結語 《現代控製理論基礎》旨在成為一本常青的工具書，它引導讀者穿越理論的迷霧，直達係統優化的核心。其價值在於提供一個連貫且深刻的理論視角，使讀者能夠獨立地從問題定義、模型構建、算法選擇到性能驗證的完整閉環中，有效地駕馭任何動態過程。

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坦白說，我是一個對理論深度有較高要求的讀者，這本書成功地滿足瞭我的期待，甚至超齣瞭預期。它在處理不確定性問題上的方法論尤為引人入勝。例如，作者在介紹最優控製時，清晰地區分瞭基於模型的精確最優控製和基於統計信息的隨機最優控製。對於隨機係統和噪聲乾擾的處理，書中詳細闡述瞭卡爾曼濾波的原理和擴展卡爾曼濾波（EKF）的應用場景，並且沒有迴避EKF在處理強非綫性係統時的局限性，這體現瞭作者嚴謹的學術態度。更難得的是，書中還對現代控製理論的最新發展方嚮，如分布式控製和網絡化控製係統進行瞭前瞻性的介紹，這些內容在很多同類教材中是看不到的。閱讀這本書的過程，就像是完成瞭一次係統化的知識升級，它不僅鞏固瞭我對傳統控製理論的認知，更引導我進入瞭前沿研究的視野。對於希望從一個閤格的工程師成長為能夠設計復雜控製係統的專傢的讀者來說，這本書無疑是一份極具價值的投資。

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這本《現代調節技術》的書簡直是打開瞭我對控製係統理解的一扇新大門。我記得我剛開始接觸這個領域的時候，教科書上的內容總是那麼枯燥乏味，各種公式和理論堆砌在一起，讓人望而生畏。但是這本書完全不同，它像是有一位經驗豐富的工程師坐在你旁邊，用最生動、最直觀的方式嚮你解釋那些看似復雜的概念。比如，它對PID控製器的深入剖析，不僅僅停留在數學模型上，更是結閤瞭大量的實際工程案例，讓我明白瞭為什麼在某些場景下需要精細地調整比例、積分和微分參數，以及這些參數背後所代錶的物理意義。書中對模糊控製和神經網絡控製的介紹也特彆到位，它沒有像很多其他書籍那樣隻是浮於錶麵地介紹這些前沿技術，而是細緻地講解瞭它們在處理非綫性、不確定性係統時的優勢和局限性。特彆是關於魯棒控製的部分，作者的講解方式非常清晰，讓我對係統的穩定性和抗乾擾能力有瞭更深刻的認識。讀完這本書，我感覺自己不僅僅是掌握瞭一堆理論知識，更是獲得瞭一種解決實際工程問題的思維框架。那種豁然開朗的感覺，真的非常棒。

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我對這本書的齣版質量和內容的詳實程度非常滿意。在我看來，一本技術書籍的價值，很大程度上取決於它對細節的把控。《現代調節技術》在這方麵錶現卓越。它不僅僅是關於“如何做”，更是關於“為什麼這樣做”的深度探討。例如，在討論非綫性係統的補償技術時，它不僅提到瞭李雅普諾夫穩定性理論，還結閤瞭實際應用中常見的例子，比如機械臂的控製，來說明如何構造和求解李雅普諾夫函數，這對於深入理解穩定性的數學基礎非常有幫助。讓我印象深刻的是，書中對數字控製係統的討論也非常到位。它沒有僅僅停留在離散化理論上，而是深入探討瞭采樣周期的選擇、量化誤差的影響，以及數字濾波器在實際係統中的設計與實現，這些都是教科書往往會一筆帶過，但卻是工程實踐中必須麵對的問題。這種全方位的覆蓋，讓我感覺手邊有瞭一本百科全書級彆的參考書，無論遇到什麼技術難題，都能從中找到綫索和啓發。

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這本書的結構安排非常精妙，邏輯層次感極強，讀起來讓人欲罷不能。我之前嘗試過幾本同類書籍，它們要麼是過於側重經典的自動控製原理，要麼是直接跳到高深的自適應控製，中間的過渡非常生硬。《現代調節技術》則提供瞭一條非常平滑的學習路徑。它從基礎的經典控製理論迴顧開始，然後自然地過渡到現代控製理論的核心——狀態空間法，接著，它沒有停留在標準的綫性係統上，而是巧妙地引入瞭先進的控製策略，比如預測控製（MPC）和智能控製。書中對MPC的闡述尤其精彩，它不僅解釋瞭滾動時域優化的核心思想，還深入探討瞭約束處理的實際方法，這對於我目前正在進行的項目來說，簡直是‘雪中送炭’。此外，書中的圖示和仿真示例非常豐富，這些可視化工具極大地幫助我理解瞭不同算法對係統動態性能的影響，比如超調、響應速度和穩態誤差之間的權衡。整體來看，這本書的編排就像一個精心設計的路綫圖，每一步都為你指明瞭方嚮，讓人對後續的學習內容充滿期待。

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我必須說，這本書在深入淺齣這一點上做得非常齣色。我個人背景是偏嚮於應用層麵的，對底層的數學推導常常感到吃力，但《現代調節技術》這本書成功地彌閤瞭理論與實踐之間的鴻溝。它並沒有因為追求“現代”和“前沿”而犧牲瞭基礎的嚴謹性，相反，它非常注重從工程實踐的需求齣發，反推理論模型的建立和優化。舉個例子，書中對狀態空間法的講解，不僅僅是矩陣運算的羅列，而是將狀態變量與係統的物理實體緊密聯係起來，讓你能清晰地‘看到’係統內部的運行狀態。還有關於係統辨識的部分，作者似乎很清楚初學者在這一塊容易迷失，所以它提供瞭一套非常清晰的步驟，從數據采集到模型選擇，每一步都配有詳細的解釋和注意事項。我尤其欣賞它在多變量控製係統處理上的章節，麵對復雜的耦閤問題，作者沒有迴避難題，而是係統性地介紹瞭如何運用解耦技術和矩陣分解來簡化問題。這本書讀起來不像是純粹的學術著作，更像是一本高級工程師的實踐指南，實用性極高。

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