反馈控制系统导论 pdf epub mobi txt 电子书下载在线阅读 2026

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出版者:科学出版社作者:师黎出品人: 页数:279 页译者: 出版时间:2005年06月价格:29.0 装帧:平装 isbn号码:9787030153333 丛书系列:

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具体描述

本书系统地介绍了反馈控制系统的理论、方法及其应用。全书共分10章，主要内容包括：反馈控制系统分析、系统建模及其不确定性分析、反馈控制系统稳定性分析、校正控制器设计与分析、鲁棒稳定性与鲁棒控制器、时间滞后系统分析与设计、状态空间分析法、定性控制系统分析与设计、模糊控制系统分析与设计、模糊控制系统的非线性分析、模糊辨识和估计与模糊—神经建模等。

本书可以作为高等院校自动化、电气、控制和机电类专业高年级本科生以及控制科学与工程专业、机械工程专业、电子通信专业硕士研究生的教材，亦可作为从事涉及自动化技术的广大工程技术人员的参考书。

现代控制理论基础：从经典到智能的跨越本书聚焦于控制系统领域的核心概念、分析方法与设计技术，旨在为读者构建一个扎实且与时俱进的理论框架。本书的叙事逻辑从经典的线性系统理论出发，逐步深入到非线性、时滞系统，并最终展望了当前备受关注的智能控制与自适应控制的前沿领域。 --- 第一部分：线性系统理论的基石本部分将控制系统的基础建立在扎实的数学工具之上，确保读者对经典控制理论的脉络有清晰的认识。第一章：系统建模与描述本章详细探讨了物理系统如何转化为数学模型。重点内容包括：微分方程建模：针对机电系统、热力系统和流体系统，推导其动态行为的常微分方程组。讨论模型的简化与线性化处理，为后续的分析奠定基础。传递函数表示法：引入复变量拉普拉斯变换，建立系统的输入输出关系。深入分析传递函数的结构特性，如零点、极点对系统暂态响应的影响。状态空间表示法：探讨使用一阶微分方程组描述系统内部状态变量的方法。详细阐述状态变量的选择、标准型的转换（如约当标准型、可控规范型和可观测规范型），为现代控制理论分析提供统一的数学语言。第二章：时域分析与性能指标本章着眼于系统在时间域上的行为表现，并量化其性能。暂态响应分析：详细分析单位阶跃输入下，二阶系统的超调量、调整时间、峰值时间和上升时间等关键指标的物理意义和计算方法。稳态误差分析：引入系统的开环增益与直流增益概念，分析不同类型系统（0型、I型、II型）在单位阶跃、单位斜坡输入下的稳态误差。重点讲解误差补偿器的作用。稳定性判据：经典稳定性理论的核心。详细介绍劳斯-赫尔维茨（Routh-Hurwitz）判据，用于仅依据系统特征多项式系数判断闭环系统的稳定性，避免求解特征根的复杂计算。第三章：频域分析与根轨迹法频域分析是理解系统稳定裕度和抗干扰能力的重要手段。频率响应与伯德图（Bode Plot）：系统地介绍频率响应的概念，并详细讲解如何绘制伯德图（幅频特性和相频特性）。通过伯德图分析系统的带宽、截止频率以及低频/高频段的增益特性。奈奎斯特图（Nyquist Plot）：深入讲解奈奎斯特稳定判据，它不仅能判断稳定性，还能确定稳定裕度（相位裕度和增益裕度）。本节将配以丰富的实例，展示如何利用该判据处理临界情况。根轨迹法：剖析根轨迹（Root Locus）的构建规则，包括起点、终点、渐近线、起折点和交轴点。通过根轨迹图，直观地展示如何通过改变单一增益参数来调节系统的极点位置，从而改善暂态性能和稳定性。 --- 第二部分：现代控制理论与系统设计本部分转向基于状态空间方法的现代控制理论，侧重于系统在多输入多输出（MIMO）环境下的分析与设计。第四章：可控性与可观测性这是现代控制理论的基石，决定了系统的设计可行性。判据推导：详细介绍卡尔曼（Kalman）的可控性与可观测性判据，并解释其与矩阵秩之间的关系。分解与简化：阐述如何通过相似变换将系统矩阵分解为可控子系统、不可控子系统、可观测子系统和不可观测子系统，从而分离系统中的固有特性。对偶性原理：探讨系统可控性与观测性之间的对偶关系，这是理解状态反馈和状态观测器设计的基础。第五章：状态反馈控制设计本章专注于利用系统内部信息对系统进行精确控制。极点配置（Pole Placement）：深入阐述Ackermann公式的推导与应用，用于确定状态反馈增益矩阵 $K$ 以使闭环系统极点位于期望的位置。讨论设计中反馈增益的选择原则。最优控制基础（LQR）：引入二次型优化（Linear Quadratic Regulator）的概念。推导代数黎卡提方程（ARE），并展示如何通过LQR方法设计出同时兼顾性能和控制努力的最优状态反馈控制器。第六章：状态观测与估计当系统内部状态变量无法直接测量时，状态观测器成为关键。观测器设计：介绍观测器（Observer）的基本原理，如Luenberger观测器。讨论观测器极点的配置原则，强调观测器的动态性能应快于主系统的动态性能。卡尔曼滤波（Kalman Filtering）：针对存在随机噪声的系统，详细介绍卡尔曼滤波器的递推算法，包括状态估计和误差协方差的更新过程。重点讲解其在信号平滑、状态估计中的优越性。 --- 第三部分：复杂系统的分析与前沿技术本部分将理论拓展到更具挑战性的实际问题，并介绍控制领域的新兴方向。第七章：非线性系统的分析与基础方法本章概述了处理非线性系统的基本工具。非线性系统的特性：讨论平衡点、极限环等非线性特有的现象。线性化方法：探讨在平衡点附近利用泰勒展开进行局部线性化，并分析线性化模型的局限性。李雅普诺夫稳定性理论：详述直接法（第二法）的原理，特别是利用李雅普诺夫能量函数判断非线性系统全局稳定性的方法，这是分析非线性系统稳定性的黄金标准。第八章：鲁棒性与控制设计进阶面对模型不确定性、外部扰动，鲁棒性控制成为必需。 $mathcal{H}_{infty}$ 控制简介：介绍以抑制外部扰动为目标的 $mathcal{H}_{infty}$ 范数控制方法。简述其在保证系统性能的同时，对模型误差具有一定容忍度的设计思想。滑模控制（Sliding Mode Control）：详细阐述滑模控制器的设计原理，特别是等价于鲁棒状态反馈的“滑模面”设计。讨论其对参数变化和外部干扰的强鲁棒性，以及由此带来的“抖振”问题及其抑制方法。第九章：智能控制与适应性控制导论本章展望了当代控制工程的前沿方向，强调系统对环境变化的自我学习和调整能力。自适应控制：介绍Model Reference Adaptive Control (MRAC) 的结构和参数自整定律。重点分析基于误差驱动的参数调整机制，使系统能够动态地跟踪参考模型。模糊逻辑控制（Fuzzy Logic Control）：阐述基于专家经验的模糊规则库和推理机制在控制设计中的应用。讨论模糊控制器的结构（隶属度函数、模糊推理、解模糊）及其在处理强非线性、难以建立精确数学模型的系统中的优势。神经网络控制：简要介绍利用人工神经网络的逼近能力来在线辨识系统或直接作为控制器，以实现对未知或时变系统的有效控制。全书总结：本书通过严谨的数学推导和大量的工程实例，力求在经典控制的深度与现代控制的前沿广度之间取得平衡，为读者成为合格的控制系统工程师打下坚实的基础。

作者简介

目录信息

前言
第l章绪论
1．1 反馈控制系统概述
1．2 反馈控制系统的特性
1．3 反馈控制原理
1．3．1 干扰的抑制
1．3．2 跟踪
1．3．3 对象不确定性的灵敏度
1．4 反馈控制系统的性能指标
1．4．1 暂态分析
1．4．2 稳态分析
1．5 matlab在控制系统中的应用
1．5．1 matlab简介
1．5．2 matlab控制功能介绍
1．6 本书的内容和安排
习题
第2章系统建模及其不确定性分析
2．1 系统建模
2．1．1 系统的数学模型
2．1．2 有限维lti系统模型
.2．1．3 无限维lti系统的模型
2．2 非线，陆模型的线性化
2．2．1 在工作点附近的线性化
2．2．2 反馈线性化
2．3 建模不确定性
2．3．1 动态不确定性的表述
2．3．2 参数不确定性转换为动态不确定性
2．3．3 来自系统辨识的不确定性
习题
第3章反馈控制系统稳定性分析
3．1 信号和系统的范数
3．2 bibo稳定性分析
3．3 反馈控制系统的稳定性分析
3．4 劳斯-赫尔维兹稳定判据
3．5 稳定性分析的频域方法
3．5．1 cauchy定理
3．5．2 奈奎斯特稳定判据
3．5．3 稳定裕度
3．5．4 利用伯德图分析临界稳定状态
习题
第4章校正控制器设计与分析
4．1 校正控制器的设计
4．1．1 超前控制器设计
4．1．2 滞后控制器设计
4．1．3 超前-滞后控制器设计
4．2 pid控制器设计
4．3 跟踪和噪声抑制问题
4．4 伯德图中增益-相位关系
4．5 设计实例
习题
第5章鲁棒稳定性与鲁棒控制器
5．1 未建模动态与对象不确定性
5．1．1 未建模动态
5．1．2 对象不确定性
5．2 鲁棒稳定性
5．2．1 鲁棒稳定判据
5．2．2 稳定对象的鲁棒稳定性
5．3 鲁棒性能指标
5．4 参数不确定系统的鲁棒稳定性分析
5. 4．1 对象中的不确定性参数
5．4．2 鲁棒稳定的kharitanov判据
5．4．3 kharitanov定理的推广
5．5 稳定对象的鲁棒控制器设计
5．5．1 所有稳定控制器的参数化
5．5．2 q(s)的设计准则
5. 6 h。控制器的设计
5．6．1 问题的叙述
5．6．2 频谱因式分解
5．6．3 最优h∞控制器
5．6．4 次优h∞控制器
习题
第6章时间滞后系统的分析与设计
6．1 时间滞后系统的分析
6．1．1 滞后系统的稳定性
6．1．2 滞后的帕德近似
6．1．3 滞后裕度
6．2 时滞补偿控制系统
6．2．1 smith预估补偿控制
6．2．2 增益自适应补偿控制
6．2．3 观测器补偿控制
6．2．4 内模控制
6．3 大滞后系统的无模型智能控制
6．3．1 大滞后siso非线性复杂系统问题
6．3．2 无模型智能控制问题
6．3．3 大滞后系统的无模型智能控制实现
习题
第7章状态空间分析方法
7．1 状态空间描述法
7．2 状态反馈与极点配置
7．3 线性二次型调节器
7．4 状态观测器
7．5 反馈控制器
7．5．1 观测器与状态反馈
7．5．2 h2最佳控制器
7．5．3 所有稳定控制器的参数化
习题
第8章定性控制系统
8．1 定性数学基础
8．1．1 定性量定义
8．1．2 定性量运算
8．2 定性控制系统的构成与设计
8．2．1 定性控制系统构成
8．2．2 定性控制系统分析
8．2．3 全状态反馈定性控制系统设计
8．3 定性-pid控制
8．3．1 并联型定性-pid控制
8．3．2 切换型定性-pid控制
8．4 含未知扰动情况的定性控制
8．5 mimo非线性系统的定性控制
习题
第9章模糊控制系统和非线性分析
9．1 引言
9．1．1 模糊控制器设计步骤
9．1．2 性能评价
9．1．3 应用领域
9．2 一个示范例子的介绍
9。2．1 选择模糊控制器的输入和输出
9．2．2 把控制知识融入规则中
9．2．3 知识的模糊量化
9．2．4 匹配：决定用哪一条规则
9．2．5 推理步骤：确定结论
9．2．6 把结论转换成控制作用
9．2．7 模糊决策的图形描述
9．3 语言变量、语言值和规则
9．3．1 论域
9．3．2 语言变量
9．3．3 语言值
9．3．4 语言规则
9．4 模糊集合、模糊规则和模糊推理
9．4．1 模糊集合
9．4．2 模糊if-then规则
9．4．3 模糊推理(近似推理)
9．4．4 解模糊
9．5 模糊建模(模糊推理系统)
9．5．1 mamdani模糊模型
9．5．2 takagi-sugeno模糊系统
9．5．3 模糊系统是通用近似器
9．5．4 tsukamoto模糊模型
9．5．5 模糊模型的分割形式
9．6 模糊系统的非线性分析
9．6．1 参数化模糊控制器
9．6．2 李稚普诺夫稳定性分析
9．6．3 绝对稳定性和圆判据
9．6．4 温度控制的例子
9．6．5 稳态跟踪误差的分析
第10章模糊辨识和估计与模糊．神经建模
10．1 模糊辨识和估计的最小二乘算法
10．1．1 批量最小二乘算法
10．1．2 递推最小二乘算法
10．1．3 模糊系统的调整
10．1．4 模糊系统的批量最小二乘训练
10．1．5 模糊系统的递推最小二乘训练
10．2 模糊辨识和估计的梯度法
10．2．1 标准模糊系统的训练
10．2．2 t-s模糊系统的训练
10．2．3 动量项和步长大小
10．2．4 牛顿(newton)和高斯-牛顿(gauss-newton)方法
10．3 自适应网络
10．3．1 自适应神经网络的结构
10．3．2 反向传播学习规则
10．3．3 复合学习规则
10．3．4 自适应网络的特例--神经网络
10．4 自适应神经-模糊推理系统
10．4．1 anfis结构
10．4．2 复合学习算法
10．4．3 anfis建模实例1：气动执行器建模及故障诊断
10．4．4 anfis建模实例2：混沌时间序列的预测
叁考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的作者无疑是一位经验丰富的教育家。阅读过程中，我经常能感受到他那种循循善诱的教学风格。他似乎总能预料到学生可能会在哪里感到困惑，并在关键的转折点设置“小结”或者“重点提示”。最让我印象深刻的是他对模型辨识和参数估计的阐述，他并没有将这些内容作为一个独立的黑盒子来介绍，而是将其融入到整个反馈系统的设计流程中，强调了“准确的系统模型是良好控制的基础”这一核心观点。这种全局观的培养，对于建立一个完整的知识体系至关重要。此外，书后的习题设计也十分巧妙，它们不是简单的计算题，而是引导性的思考题，迫使读者去综合运用多个章节的知识点来解决一个综合性的问题，这对于巩固学习效果是极大的帮助。

☆☆☆☆☆

我是一个在职工程师，需要快速掌握并应用新的技术知识。市面上很多技术书籍要么过于理论化，要么碎片化严重。这本书的独特之处在于它的“实用导向”。作者似乎深谙工程实践中的痛点，每当介绍完一个新的控制策略，他都会紧跟着给出相应的应用案例分析，而且这些案例的背景设置得非常贴近工业现场。我特别欣赏它对数字控制和离散系统处理的部分，这在现代的嵌入式系统中至关重要。书中对于Z变换和脉冲响应的讲解，既保证了数学的严谨性，又没有脱离实际采样周期的限制。我甚至可以直接将书中的伪代码逻辑移植到我的项目代码框架中进行初步验证。这种教科书与工具书的完美融合，大大缩短了我的学习曲线，提高了我的工作效率。

☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实吸引人，那种深邃的蓝色调，配上简洁有力的白色字体，一下子就给人一种专业、严谨的感觉。我是一个刚接触这个领域的新手，拿到书时心里还有点忐忑，生怕内容会太过晦涩难懂。然而，翻开第一页后，我的担忧就烟消云散了。作者显然非常懂得如何引导读者。开篇并没有直接抛出复杂的数学公式，而是从我们日常生活中常见的例子入手，比如汽车的定速巡航，甚至是家里的恒温器，用生动的比喻解释了“反馈”这个核心概念。这种由浅入深的讲解方式，让我这个门外汉也能很快抓住主干。尤其是他对系统稳定性的阐述，不仅仅停留在理论层面，还配了不少图形化的解释，使得抽象的频域分析和时域分析变得立体起来。这本书的排版也很舒服，留白适中，长时间阅读也不会觉得眼睛疲劳，细节之处体现了出版方的用心。

☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的语言风格非常具有个人特色，既有学术的精准，又不失人文的温度。与其他冷冰冰的教科书相比，这本书读起来更像是在与一位学识渊博的导师对话。作者在描述一些概念时，会穿插一些简短的历史背景或者相关的工程轶事，这极大地丰富了阅读体验，让原本可能枯燥的章节变得鲜活起来。例如，在讨论早期PID控制器的发展时，那种对技术演进历程的描绘，让人对控制科学的伟大成就肃然起敬。这种叙事性的写作手法，极大地激发了我对深入研究这一领域的内在热情。对于希望建立扎实理论基础，同时又追求阅读乐趣的读者来说，这本书无疑提供了一个极佳的平衡点。

☆☆☆☆☆

说实话，这本书的深度和广度远超出了我的预期。我原本以为这只是一本入门级的教材，但深入阅读后发现，它对现代控制理论的许多前沿分支也有所涉猎，这对于我这种希望持续深造的学习者来说简直是宝藏。作者在讨论经典控制理论，比如波德图和奈奎斯特图时，那种深入骨髓的洞察力令人佩服。他不仅仅是告诉我们如何绘制这些图，更重要的是解释了这些图背后的物理意义和工程含义。特别是关于鲁棒控制那几个章节，逻辑链条极其严密，即使涉及到复杂的矩阵运算，作者也总能通过清晰的步骤分解，避免了让读者迷失在公式的海洋中。我发现自己不仅仅是在学习知识点，更是在学习一种严密的、系统性的工程思维方式。这本书更像是我的一个智力伙伴，激发着我不断去思考“为什么”而不是仅仅满足于“是什么”。

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