Feedback Control of Dynamic Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:不明供货商

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页数:910

译者:

出版时间:2002-1

价格:$ 123.00

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isbn号码:9780130323934

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• 控制系统
• 反馈控制
• 动态系统
• 自动控制
• 系统工程
• 控制理论
• 数学建模
• 信号处理
• 工程数学
• 现代控制

《动态系统反馈控制》—— 深入解析与实践 《动态系统反馈控制》是一部系统阐述现代控制理论核心概念、分析方法及工程应用的权威著作。本书旨在为读者构建一个坚实的理论基础，同时提供丰富的案例研究和实际操作指导，使其能够熟练掌握设计、分析和实现高性能动态系统反馈控制器。 核心理念与方法论 本书的基石在于深入理解“动态系统”的本质。它并非简单地将系统视为一个静态的输入-输出关系，而是着重分析系统随时间变化的内在特性。从物理系统的建模（如机械、电子、热力学系统）到抽象的数学模型（如微分方程、传递函数、状态空间方程），本书提供了一套完整的工具箱，帮助读者精确描述和量化动态系统的行为。 “反馈控制”是本书的核心，它强调通过测量系统的输出，并将其与期望的参考信号进行比较，然后利用误差信号来调整系统的输入，从而实现对系统行为的精确控制。这种闭环的思想是现代控制工程的精髓，也是本书着重讲解的内容。本书系统地介绍了多种经典的反馈控制策略，并深入剖析了它们背后的数学原理和工程考量。 内容精要与结构安排 第一部分：基础理论与数学工具 动态系统的建模： 这一部分为后续的控制设计奠定了基础。读者将学习如何从物理原理出发，建立描述系统动态行为的数学模型。这包括拉普拉斯变换在系统分析中的应用，以及如何将复杂的物理系统转化为易于处理的传递函数或状态空间方程。本书强调模型精度的重要性，并会讨论不同建模方法的优劣。 时域分析： 深入理解系统在不同输入下的瞬态响应和稳态响应至关重要。本书将详细介绍如何通过分析系统的极点和零点来预测其稳定性、响应速度和振荡特性。读者将学习根轨迹法的应用，它能够直观地展示控制器参数变化对系统动态性能的影响。 频域分析： 频域分析提供了另一种观察系统动态行为的视角，特别是在分析系统对不同频率扰动的响应时。本书将详细介绍频率响应的概念，包括伯德图、奈奎斯特图和尼科尔斯图等工具，它们对于理解系统的带宽、稳定裕度和相位裕度至关重要。 第二部分：经典控制理论 PID 控制器设计： PID（比例-积分-微分）控制器是工程中最广泛应用的控制器类型。本书将深入剖析P、I、D三个分量的作用机理，以及如何根据系统的具体需求调整这三个参数以获得最优的控制效果。本书会提供多种PID整定方法，包括经验方法和基于模型的方法，并辅以丰富的工程实例。 超前/滞后补偿器： 针对系统存在的特定动态特性，如响应缓慢或相位滞后，本书将介绍超前和滞后补偿器的设计原理和方法。这些补偿器能够有效地改善系统的动态性能，如提高速度、减小稳态误差或增强稳定性。 PID 控制器的进阶应用： 除了基础的整定，本书还会探讨PID控制器在复杂系统中的应用，例如串级控制、前馈控制以及抗积分饱和等问题，这些都是在实际工程中经常遇到的挑战。 第三部分：现代控制理论 状态空间方法： 状态空间方法是现代控制理论的核心。本书将引导读者从传统的输入-输出模型转向更具普适性的状态变量描述。读者将学习如何将传递函数模型转换为状态空间模型，以及如何利用状态向量来全面描述系统的内部动态。 状态反馈控制： 基于状态空间模型，本书将详细介绍状态反馈控制器的设计。这包括如何通过极点配置（Pole Placement）来精确地设置闭环系统的极点位置，从而达到期望的动态性能。本书还会讨论可控性与可观性这两个关键概念，它们直接影响到状态反馈控制的可行性。 状态观测器设计： 在许多实际应用中，系统的所有状态变量可能无法直接测量。本书将深入讲解状态观测器的设计，它能够基于系统的输入和输出信息来估计系统的内部状态。读者将学习齐格勒-尼科尔斯方法和基于极点配置的观测器设计，并了解它们在提高系统鲁棒性方面的作用。 线性二次型调节器（LQR）： LQR是一种最优控制方法，它通过最小化一个二次型性能指标来设计控制器。本书将详细介绍LQR的设计过程，以及如何选择合适的性能指标以实现最佳的控制性能。 模型预测控制（MPC）入门： 作为一种先进的控制策略，MPC在处理约束和预测系统未来行为方面具有显著优势。本书将为读者介绍MPC的基本思想和工作原理，为深入研究更复杂的模型预测控制算法打下基础。 第四部分：鲁棒性与稳定性分析 稳定性理论： 稳定性是控制系统设计中最基本的要求。本书将系统地介绍李雅普诺夫稳定性理论，包括直接法和间接法，以及它们在分析非线性系统稳定性方面的应用。 鲁棒控制： 现实世界中的系统模型往往存在不确定性。本书将深入探讨鲁棒控制的概念，即设计能够在模型不确定性存在的情况下仍能保持良好性能的控制器。读者将学习如何分析系统的鲁棒性，并了解一些基本的鲁棒控制设计技术。 第五部分：工程实践与案例研究 实际系统中的应用： 本书的价值不仅在于理论的深度，更在于其对实际工程应用的关注。通过一系列精心挑选的案例研究，读者将看到如何将书中所学的控制理论应用于各种现实世界的动态系统，例如机器人控制、航空航天系统、过程控制、自动驾驶等。 仿真与实验： 为了巩固理论知识并培养实践能力，本书会强调仿真和实验的重要性。读者将学习如何利用MATLAB/Simulink等仿真工具来验证控制器设计，并理解如何将理论设计转化为实际的硬件实现。 目标读者与学习价值 《动态系统反馈控制》适用于以下人群： 工程专业的学生： 为其提供扎实的控制理论基础，帮助他们理解和设计各种工程系统的控制器。 控制工程师： 帮助他们复习和深化控制理论知识，学习最新的控制技术，并将其应用于实际工程问题。 研究生和研究人员： 为其在控制理论及相关领域的研究提供坚实的理论支撑和方法论指导。 对动态系统与自动化感兴趣的读者： 即使没有深厚的工程背景，通过阅读本书，也能深刻理解自动化系统的原理和设计方法。 本书的阅读价值在于，它不仅仅是一本理论教材，更是一本实践指南。它鼓励读者在理解理论的同时，积极动手实践，通过仿真和实验来验证和优化设计。通过本书的学习，读者将能够： 建立对动态系统及其控制的深刻理解： 从本质上把握系统行为的动态特性，以及如何通过反馈实现精确控制。 掌握一套完整的控制系统设计流程： 从系统建模、分析到控制器设计、验证，形成系统化的工程思维。 提升解决复杂工程问题的能力： 能够识别系统中的控制挑战，并设计出有效的解决方案。 培养独立思考和创新的能力： 在掌握经典理论的基础上，能够根据实际需求进行创新性的控制设计。 总之，《动态系统反馈控制》是一部集理论深度、方法广度和工程实践于一体的杰出著作，是任何希望深入掌握动态系统反馈控制技术的读者不可或缺的参考。

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这本书的引入部分简直是为初学者量身定制的，它没有直接跳入那些令人望而生畏的数学公式，而是花了大量篇幅来阐述反馈控制的基本思想。作者的叙述方式非常平易近人，就像是请了一位经验丰富的工程师在旁边手把手地教你。他们用日常生活中的例子，比如恒温器或者汽车的巡航控制系统，来生动地解释了“闭环”和“开环”的区别。我记得其中一个章节，专门对比了不同控制策略的直观感受，那种“感觉”上的差异，比单纯看定义要深刻得多。这种注重直觉培养的写法，极大地降低了早期学习的门槛，使得那些对控制工程不太熟悉的读者也能很快抓住核心概念，建立起对这个领域的初步认知框架。清晰的结构和循序渐进的难度提升，让阅读过程非常流畅，几乎没有感到在哪里卡壳。

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这本书在应对高级挑战时的处理方式，可以说是其价值的又一次飞跃。特别是关于鲁棒性和最优控制的章节，处理得既严谨又不失趣味性。作者并没有将鲁棒控制仅仅视为一个额外的安全层，而是将其视为现代控制设计不可或缺的一部分，并清晰地区分了不同类型的鲁棒性指标。对于最优控制，它没有过度沉溺于复杂的泛函微积分，而是聚焦于LQR（线性二次调节器）的设计和实际应用，强调了权重矩阵的选择对控制性能的决定性影响。这种对高级理论的“实用化包装”，使得读者在掌握了基础工具后，能够有目的地去探索更前沿、更能应对复杂环境的控制策略，为后续的深入研究打下了坚实的基础。

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最后，这本书的排版和配套资源使用体验非常出色，这对于一本技术书籍来说至关重要。图表的质量非常高，专业术语的定义精准，几乎没有出现歧义。更值得称赞的是，书中穿插的那些“工程师笔记”或“历史回顾”的小插曲，让整个学习过程不再枯燥，增添了人文色彩。它让人感觉到，这不是冷冰冰的数学堆砌，而是人类智慧不断探索和完善的过程。总而言之，这本书是一部将理论深度与工程实践完美结合的典范之作，它不仅教会了读者“如何做”，更重要的是启发了读者“为什么这样做”，是控制工程领域中不可多得的宝贵财富。

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深入到系统建模和分析的部分，这本书展现了其深厚的学术功底，但又巧妙地保持了其一贯的实用导向。它没有满足于展示理论的完备性，而是着重讲解了如何将复杂的物理系统转化为数学模型，特别是对于非线性系统的处理，提供了多种近似和线性化的实用工具。对于频域分析，作者的讲解层次感极强，波特图和根轨迹的绘制与解释，结合了大量的工程实例，让人能够真正理解这些工具在实际工程设计中的决策意义，而不仅仅是停留在计算层面。我特别欣赏它在处理不确定性时的态度，它没有把现实中的误差和延迟简单化，而是明确地指出了模型与实际之间的差距，并提供了应对这些差距的鲁棒性设计思路，这在很多理论书籍中是很难找到的深度。

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关于控制器的设计，这本书简直是一本实战手册。它没有局限于传统的PID控制，而是将现代控制理论的精髓融入了设计流程中。从经典的状态反馈到更复杂的观测器设计，每一步的推导都力求清晰，但更重要的是，它提供了大量的“为什么”的解释。例如，它会详细分析当控制器参数变化时，系统的性能指标（如超调量、上升时间、稳态误差）是如何相互制约的，这是一种非常宝贵的工程洞察力。书中附带的案例研究，涵盖了机械臂、航空航天等多个领域，展示了如何根据具体约束条件来选择和调优最合适的控制器结构。这种“设计-分析-再设计”的循环思维，是这本书在实践应用层面上最成功的地方，读完后感觉自己真正掌握了一套解决实际问题的流程。

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