现代控制方法及计算机辅助设计 (平装)

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出版者:中南工业大学出版社
作者:刘少军编
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:
价格:25.00元
装帧:平装
isbn号码:9787810616539
丛书系列:
图书标签:
  • 控制工程
  • 自动控制
  • 现代控制理论
  • 计算机辅助设计
  • MATLAB
  • Simulink
  • 系统分析
  • 控制系统设计
  • 工程技术
  • 高等教育
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具体描述

现代控制方法及计算机辅助设计(研究生教学用书),ISBN:9787810616539,作者:刘少军 编

《现代控制方法及计算机辅助设计(平装)》 这是一本系统性介绍现代控制理论及其在工程实践中应用的书籍,特别强调了计算机辅助设计(CAD)在其中的关键作用。本书旨在为读者提供一个坚实的理论基础,并教授如何利用现代计算工具来解决复杂的控制系统设计问题。 核心内容概述: 本书内容涵盖了现代控制理论的多个重要分支,从基础的系统建模和状态空间分析,到先进的鲁棒控制、最优控制和自适应控制策略,再到对非线性系统和离散时间系统的深入探讨。 系统建模与分析: 书中首先讲解了如何从物理原理或实验数据出发,建立各种动态系统的数学模型。这包括线性时不变(LTI)系统,以及对线性时变(LTV)系统和非线性系统的建模方法。状态空间表示法是本书的核心,它提供了一种描述系统内部状态和外部输入输出之间关系的强大工具。读者将学习如何进行系统的能控性、可观测性分析,这些是设计有效控制器和状态估计器的基础。 经典控制理论回顾与过渡: 虽然重点是现代控制,但本书也对经典的PID控制、根轨迹法、频率响应法等进行了简要回顾,并说明了它们与现代控制理论的联系和局限性,为理解现代控制方法的优势奠定基础。 现代控制方法的深入探讨: 最优控制: 详细介绍了线性二次型调节器(LQR)及其扩展,包括如何针对具有成本函数的系统设计最优控制器,以在满足系统性能要求的同时最小化某个性能指标。 状态估计与卡尔曼滤波: 学习如何设计状态观测器,在系统状态无法直接测量的情况下,通过系统的输入和输出估计系统状态。卡尔曼滤波器作为一种最优线性状态估计器,将进行详细阐述,包括其原理、实现及其在噪声环境下的鲁棒性。 鲁棒控制: 面对模型不确定性、外部扰动和参数变化,鲁棒控制提供了一系列方法来设计即使在这些不确定性存在下也能保持稳定和高性能的控制器。书中会介绍 $mathcal{H}_infty$ 控制、$mu$ 分析等先进的鲁棒控制技术。 自适应控制: 对于系统参数随时间变化的系统,自适应控制能够在线调整控制器参数以适应这些变化,保证系统的性能。本书会介绍诸如模型参考自适应控制(MRAC)和自适应观测器等方法。 非线性系统控制: 针对具有复杂非线性动态的系统,本书会介绍如反馈线性化、滑模控制、模糊控制和神经网络控制等方法,以实现对其行为的有效控制。 离散时间系统: 随着数字控制器的普及,离散时间系统的分析和设计变得尤为重要。本书会涵盖离散状态空间分析、脉冲响应、Z变换等内容,以及相应的离散时间控制器设计技术。 计算机辅助设计(CAD): 这是本书的另一大特色。书中将重点介绍如何利用MATLAB/Simulink等主流的工程计算和仿真软件来辅助控制系统的设计和验证。 模型建立与仿真: 学习如何使用Simulink构建各种系统的仿真模型,并进行动态仿真分析,直观地观察系统的响应。 控制器设计工具箱: 详细介绍MATLAB控制系统工具箱(Control System Toolbox)等软件中提供的强大功能,如状态空间模型表示、系统分析(如极点、零点、Bode图、Nyquist图)、PID控制器设计、LQR设计、状态观测器设计、鲁棒控制设计(如$mathcal{H}_infty$设计)等。 自动代码生成: 演示如何将设计的控制器模型自动转换为可在嵌入式硬件上运行的C/C++代码,缩短开发周期。 系统辨识: 介绍如何利用实验数据通过软件工具进行系统辨识,建立精确的数学模型。 鲁棒性分析与优化: 利用CAD工具对设计的控制器进行不确定性分析、灵敏度分析,并通过优化算法来改进控制器性能。 本书的价值与特点: 理论与实践的完美结合: 本书不仅讲解了严谨的控制理论,更强调了如何在实际工程中应用这些理论,特别是通过计算机辅助设计来解决实际问题。 系统性强: 内容覆盖广泛,从基础到前沿,循序渐进,能够帮助读者建立完整的现代控制知识体系。 工具导向: 突出计算机辅助设计的重要性,为读者掌握现代工程设计工具打下坚实基础。 适合人群: 无论是电气工程、自动化、机械工程、航空航天、机器人学等领域的研究生、高年级本科生,还是从事相关领域研发的工程师,本书都能提供极大的帮助。它是一本优秀的教材,也是一本实用的参考书。 通过学习本书,读者将能够深入理解现代控制系统的设计原理,熟练掌握利用先进的计算机软件工具进行控制系统设计、仿真和优化的方法,从而在复杂的工程应用中设计出高性能、高可靠性的控制系统。

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读后感

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用户评价

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我一直对如何让机械设备“听话”以及如何让它们更加智能化这件事感到好奇,而《现代控制方法及计算机辅助设计 (平装)》这本书,恰恰满足了我这种探索欲。我并非专业人士,初初接触时,确实对一些术语感到陌生,比如“李雅普诺夫稳定性”、“最优控制”等等。但让我惊喜的是,作者在介绍这些概念时,并没有遗漏掉它们背后的物理意义和工程背景。他会用生动的比喻来解释抽象的理论,例如在讲解“稳定性”时,会类比一个在山坡上滚动的球,说明不同位置的稳定状态。这一点极大地降低了我的阅读门槛。我特别喜欢书中关于“PID控制”的章节,它深入浅出地讲解了比例、积分、微分这三个参数各自的作用,以及它们如何共同影响系统的响应速度、超调量和稳态误差。书中还提供了一些不同参数组合下的系统响应曲线图,直观地展示了参数调整带来的影响。这让我瞬间明白了为什么在很多自动化系统中,PID控制如此普遍且有效。此外,对“模型预测控制(MPC)”的介绍也让我眼前一亮。虽然MPC的概念听起来很“高大上”,但作者通过一个简单的例子,如自动驾驶汽车如何预测前方的路况并做出最优决策,将MPC的精髓描绘得淋漓尽致。这本书让我认识到,现代控制并非仅仅是数学公式的堆砌,它更是关于如何理解系统、预测未来、并做出最优决策的一门艺术。它让我对自动化和智能化领域的兴趣更加浓厚,甚至开始思考自己是否也能利用这些知识,为生活中的一些小问题设计出简单的控制方案。

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《现代控制方法及计算机辅助设计 (平装)》这本书,在我看来,不仅仅是一本教材,更像是一本“思想启蒙”。它让我开始重新审视那些我司空见惯的自动化设备。作者在讲解“最优控制”时,并没有一开始就进入庞杂的变分法,而是从“目标函数”和“约束条件”入手,解释了什么是“最优”以及如何寻找“最优”的控制策略。我特别喜欢书中关于“线性二次型调节器(LQR)”的介绍。作者用一个简单的例子,说明了如何设计一个LQR控制器,使其在满足一定性能指标的前提下,最小化一个二次型代价函数。这一点让我看到了,即使是复杂的系统,也可以通过数学工具来实现最优化的控制。我甚至开始思考,如何将LQR的思想应用到我生活中遇到的某些需要“最佳”决策的问题上。此外,书中对“模型预测控制(MPC)”的深入阐述也让我印象深刻。它解释了MPC如何利用系统的模型,预测未来一段时间内的系统行为,并在此基础上做出最优的控制决策。这一点让我看到了,控制理论是如何朝着更智能化、更自主化的方向发展的。对于“计算机辅助设计”这一部分,书中强调了CAD工具在模型建立、仿真分析以及优化设计等环节中的重要作用。这一点让我认识到,理论研究的成果最终需要通过强大的计算工具来实现。这本书让我对“最优”的概念有了更深的理解,也让我看到了控制理论在追求更高性能方面所做的努力。

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《现代控制方法及计算机辅助设计 (平装)》这本书,让我对“控制”这个概念有了全新的认识。我原以为控制就是简单的开关和调节,但这本书完全颠覆了我的想法。作者在开篇就强调了“系统”的概念,并深入浅出地介绍了不同类型的系统,以及如何用数学语言来描述这些系统。我特别喜欢书中对“根轨迹法”的讲解。作者用图示的方式,清晰地展示了开环极点和零点变化时,闭环极点在复平面上的移动轨迹,以及这种轨迹如何影响系统的稳定性、响应速度和阻尼比。这比纯粹的公式推导要直观得多,也容易理解得多。我尝试着在纸上画了一些简单的根轨迹,并对照书中的解释,逐渐理解了参数调整的意义。此外,书中对“频率响应法”的介绍也同样精彩。作者通过波特图、奈奎斯特图等工具,详细讲解了如何从频率域分析系统的稳定性以及鲁棒性。他用很生动的语言解释了“幅值裕度”和“相位裕度”的物理含义,以及它们与系统稳定性的关系。这一点让我明白了,为什么在实际工程中,频率响应法依然被广泛应用。对于“计算机辅助设计”的部分,虽然书中没有提供详细的操作手册,但它重点阐述了CAD在控制系统设计中的重要性,以及如何利用CAD工具进行仿真和优化。这一点让我认识到,理论知识与计算工具的结合,才是解决复杂工程问题的关键。这本书不仅让我学到了知识,更让我对工程设计有了一种全新的视角。

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说实话,拿到《现代控制方法及计算机辅助设计 (平装)》这本书时,我并没有抱太大的期望,我只想着大概了解一下这个领域。然而,这本书的内容深度和广度远超我的想象。它不仅仅是关于理论的介绍,更是将理论与实际应用紧密结合。我尤其欣赏作者在讲解“非线性控制”时所采用的方法。他并没有直接深入到复杂的非线性微分方程,而是先从非线性系统的几个典型特性入手,例如饱和、死区、迟滞等,并分析了这些非线性特性对系统性能的影响。然后,他才逐步引入一些常用的非线性控制策略,如模糊控制、神经网络控制等,并且给出了具体的应用案例。例如,在讲解模糊控制时,书中就详细阐述了如何构建模糊规则库,如何进行模糊化和反模糊化,这让原本在我看来非常抽象的模糊逻辑变得触手可及。对于“计算机辅助设计”的部分,书中虽然没有提供具体的软件操作指南,但它详细介绍了CAD在控制系统设计中的各个环节,从模型建立、参数整定到仿真验证,以及如何利用CAD工具进行优化设计。这一点让我明白了,现代控制理论的发展离不开强大的计算工具的支持。我个人对书中关于“鲁棒控制”的阐述印象深刻,它着重强调了在系统模型不确定或存在干扰的情况下,如何设计出能够保持良好性能的控制器,这对于实际工程应用而言至关重要。这本书让我认识到,控制理论的研究不仅仅是为了满足理论上的完美,更是为了解决现实世界中的复杂工程问题。

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在我看来,《现代控制方法及计算机辅助设计 (平装)》这本书,简直是一本“通关秘籍”。它没有将控制理论的门槛设置得高不可攀,而是用一种非常循序渐进的方式,引领读者一步步深入。我最欣赏的是作者在讲解“反馈控制”时所下的功夫。他不仅仅是解释了反馈的作用,还详细分析了不同类型的反馈,比如比例反馈、比例-积分反馈、比例-积分-微分反馈,以及它们各自的优缺点和适用场景。书中还提供了大量的仿真曲线图,直观地展示了不同控制策略下系统的响应特性,这对于我这种视觉型学习者来说,简直是雪中送炭。我甚至开始尝试根据书中的描述,在脑海中模拟不同参数组合下的系统行为。此外,对“极点配置”这一概念的讲解也让我眼前一亮。作者解释了如何通过调整反馈增益,将闭环系统的极点配置到期望的位置,从而实现对系统动态性能的精确控制。他甚至还给出了几种常用的极点配置方法,并分析了它们的适用范围。这一点让我明白了,为什么现代控制理论能够实现如此精密的系统控制。对于“计算机辅助设计”这一部分,书中强调了CAD在控制系统设计流程中的重要性,从模型的建立、控制器的设计,到仿真验证和优化,CAD工具都扮演着不可或缺的角色。这一点让我认识到,在当今时代,没有强大的计算工具的支持,再好的控制理论也难以落地。这本书让我对现代控制技术有了更深入的理解,也激发了我进一步探索的兴趣。

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翻阅《现代控制方法及计算机辅助设计 (平装)》这本书,我最大的感受就是它的“实用性”。虽然书名听起来很专业,但书中并没有回避那些让初学者望而却步的数学工具,而是以一种非常友好的方式呈现。我尤其喜欢书中关于“滑模控制”的讲解。作者并没有直接给出高深的数学推导,而是从滑模控制的基本思想——“将系统状态推向一个预先设定的滑模面并保持在该面上运动”——入手,并用一个简单的例子来说明其原理。然后,他才逐步引入滑模面的设计、切换律的选择等关键问题,并且还讨论了滑模控制在抑制干扰和参数变化方面的优势。此外,书中对“自适应控制”的介绍也让我大开眼界。它解释了当系统参数随时间变化时,如何设计一种能够自动调整控制器参数的控制器,以保持系统性能的稳定。作者还列举了一些自适应控制的应用场景,比如在机器人控制中,由于负载的变化,需要实时调整控制参数。这本书让我认识到,控制理论不仅仅是静态的,更重要的是能够动态地适应变化的环境。我对书中关于“模型降阶”的讨论也很有兴趣,它介绍了如何将高阶复杂的系统模型简化为低阶模型,以便于控制器设计和仿真,这在实际工程中具有重要的意义。这本书的价值在于,它能够将复杂的控制理论转化为可以理解、甚至可以应用的知识,为我打开了通往工程实践的大门。

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《现代控制方法及计算机辅助设计 (平装)》这本书,真的给我打开了一个全新的世界。我一直以为控制系统只是那些大型工业设备才需要的东西,但这本书让我意识到,控制无处不在,从家电到汽车,再到航空航天,都离不开它。作者在讲解“线性系统”时,并没有一开始就抛出复杂的代数方程,而是从简单的动态系统入手,例如一个弹簧-质量-阻尼系统,通过直观的物理类比,来解释系统的运动方程。这一点让我觉得非常亲切,也更容易理解。我特别喜欢书中对“奈奎斯特稳定性判据”的阐述。作者用非常清晰的图示和语言,解释了如何通过奈奎斯特图的曲线与实轴的交叉点来判断系统的稳定性,以及如何利用幅值裕度和相位裕度来评估系统的鲁棒性。这一点让我觉得,即使是复杂的数学判据,也可以变得如此直观易懂。我尝试着自己画了几条简单的奈奎斯特曲线,并对照书中的解释,加深了对稳定性的理解。此外,书中对“状态观测器”的介绍也让我印象深刻。它解释了当某些系统状态无法直接测量时,如何通过已知的输入和输出,来估计这些无法测量的状态。这一点对于实际工程应用而言,具有非常重要的意义。这本书让我看到了控制理论的强大之处,以及它在解决实际工程问题中的重要作用。

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这本《现代控制方法及计算机辅助设计 (平装)》虽然标题看起来就相当学术,但翻开它,我立刻就被它那种循序渐进的逻辑和清晰的条理所吸引。作者在开篇并没有直接抛出复杂的数学公式,而是从控制系统的基本概念入手,例如什么是反馈,反馈的意义何在,以及如何将现实世界中的问题抽象化为可控的数学模型。这一点对于我这种并非控制理论科班出身的读者来说,简直是福音。我尤其欣赏书中关于“系统辨识”部分的讲解,它不像其他教材那样只是一笔带过,而是花了大量篇幅详细介绍了不同辨识方法的原理、适用范围以及优缺点,甚至还辅以一些简单的例子说明如何在实际数据中应用这些方法。我尝试着根据书中的描述,用Excel粗略地模拟了一个简单的辨识过程,虽然只是皮毛,但已经让我对“模型”如何从“数据”中诞生有了初步的认识。此外,书中对“状态空间法”的介绍也颇为详尽,它不仅仅是罗列公式,更重要的是解释了状态空间法的优势,比如它能够更全面地描述系统的动态特性,并且便于计算机处理。作者还特别强调了计算机辅助设计(CAD)的重要性,并列举了一些常用的软件工具,虽然书中没有直接提供软件教程,但那种“工欲善其事,必先利其器”的引导,让我开始思考如何将这些理论知识与实际的工程应用相结合,为我今后的学习指明了方向。我甚至开始在网上搜索那些书中提到的CAD工具,想着什么时候有机会能够亲自上手实践一下。这本书给我最大的感受是,它并没有将读者推向一个高不可攀的知识殿楼,而是像一位耐心的老师,一步一步地引导你攀登,让你在理解的基础上,逐渐掌握现代控制的核心思想。

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坦白说,当我拿到《现代控制方法及计算机辅助设计 (平装)》这本书时,我并没有期待它能带来什么惊喜,毕竟控制理论对我来说一直是一个比较遥远且理论性很强的领域。然而,这本书以一种意想不到的“接地气”的方式,让我对现代控制技术有了全新的认知。作者在讲解“鲁棒控制”时,并没有回避系统模型的不确定性问题,而是详细阐述了如何设计能够抵御干扰和参数变化的控制器。我尤其欣赏书中关于“H无穷控制”的讲解。作者用非常形象的比喻,解释了H无穷控制的核心思想,即最小化系统输出对输入和扰动的“最坏情况”增益。这一点让我理解了,为什么在面对不确定性时,鲁棒控制能够提供如此有力的保障。我甚至开始思考,生活中遇到的许多问题,是否都可以用鲁棒控制的思路来解决。此外,书中对“自适应控制”的进一步阐述,让我看到了控制系统在面对动态变化环境时的“智慧”。它解释了当系统参数随时间变化时,如何设计能够实时调整控制器参数的系统,以保持性能的稳定。这一点让我看到了,控制技术正在朝着更加智能化、自主化的方向发展。对于“计算机辅助设计”这一部分,书中强调了CAD工具在整个控制系统设计流程中的重要性,从模型的建立、控制器的设计,到仿真验证和优化,CAD工具都扮演着不可或缺的角色。这一点让我认识到,在现代工程实践中,理论与计算工具的结合是至关重要的。这本书让我看到了现代控制技术在应对复杂性和不确定性方面的强大能力,也让我对未来的自动化发展充满了期待。

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拿到《现代控制方法及计算机辅助设计 (平装)》这本书,我首先被它严谨但又不失生动的讲解风格所吸引。作者在介绍“离散时间系统”时,并没有回避与连续时间系统的类比,而是通过对比的方式,让读者更容易理解离散系统与连续系统的异同。我特别喜欢书中对“Z变换”的讲解。作者详细阐述了Z变换在离散时间系统分析中的作用,以及如何利用Z变换来求解差分方程,并分析系统的稳定性。他甚至还提供了一些常用的Z变换对,方便读者查阅。这一点让我觉得,即使是看似抽象的数学工具,也可以变得非常实用。我尝试着根据书中的例子,将一些简单的差分方程进行Z变换,并理解其结果的含义。此外,书中对“数字控制器设计”的阐述也让我受益匪浅。它详细介绍了在数字域中设计控制器的各种方法,例如利用双线性变换法将连续时间控制器转换为数字控制器,以及直接在数字域中设计控制器。这一点让我明白,现代控制系统越来越倾向于采用数字化的实现方式。对于“计算机辅助设计”的部分,书中强调了CAD工具在控制系统设计中的关键作用,包括模型建立、参数整定、仿真验证以及优化设计等环节。这一点让我认识到,掌握CAD工具的使用,是现代控制工程师必备的技能之一。这本书让我对离散时间系统和数字控制有了更全面的认识,也让我看到了技术发展的趋势。

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