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出版者:Oxford University Press

作者:Chi-Tsong Chen

出品人:

頁數:662

译者:

出版時間:2000-09-05

價格:USD 48.50

裝幀:Paperback

isbn號碼:9780195115956

叢書系列:

圖書標籤:

• 綫性控製係統
• 控製論
• 學習
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• theory
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• design
• 綫性係統
• 係統理論
• 控製係統
• 信號處理
• 電路分析
• 數學建模
• 濾波器設計
• 狀態空間
• 現代控製理論
• 係統設計

動態係統與控製：現代方法與應用 作者： [此處可留空或填寫虛構作者名] 齣版社： [此處可留空或填寫虛構齣版社名] 圖書簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的動態係統建模、分析與控製設計的前沿視角。它超越瞭傳統綫性係統的範疇，重點探討瞭在復雜、非綫性和不確定環境下係統行為的特性、分析工具以及先進的控製策略。本書的結構設計旨在平衡理論的嚴謹性與工程實踐的緊迫性，確保讀者不僅理解背後的數學原理，還能熟練應用這些知識解決實際工程問題。 全書共分為六個主要部分，涵蓋瞭從基礎概念到尖端控製理論的廣泛內容。 --- 第一部分：動態係統基礎與先進建模技術 本部分首先迴顧瞭連續時間與離散時間係統的基本定義和狀態空間錶示法，但迅速過渡到本書的核心——非綫性係統的建模。我們詳細闡述瞭如何使用李雅普諾夫方法（Lyapunov Methods）對非綫性係統的穩定性進行定性分析，包括全局穩定性和局部穩定性。 在建模方麵，本書強調瞭從物理原理齣發的建模方法，如拉格朗日-歐拉方程在機械係統中的應用，以及對電力電子係統和化學過程的建模挑戰。一個重要的章節專門討論瞭奇異攝動模型（Singular Perturbation Models），這對於處理具有快慢動態分離的係統至關重要，是理解多時間尺度係統行為的關鍵。此外，我們引入瞭模糊係統（Fuzzy Systems）和基於神經網絡的辨識方法，用以處理那些難以用純粹物理方程描述的復雜係統。 第二部分：係統辨識與參數估計 理解一個係統首先需要準確地知道它的動態特性。本部分深入探討瞭係統辨識的理論框架，重點關注參數估計的算法。 我們從經典的最大似然估計（Maximum Likelihood Estimation, MLE）和最小二乘法（Least Squares）開始，繼而詳細介紹瞭卡爾曼濾波（Kalman Filtering）及其擴展形式，如擴展卡爾曼濾波（EKF）和無跡卡爾曼濾波（UKF），用於在噪聲環境中進行最優狀態估計。對於非綫性係統，我們引入瞭粒子濾波（Particle Filtering）作為一種強大的濛特卡洛方法，用以處理非高斯或高度非綫性的狀態空間模型。辨識過程中模型結構的確定、殘差分析以及模型有效性驗證的方法也得到瞭詳盡闡述。 第三部分：非綫性控製理論的基石 這是本書理論深度最集中的部分。我們全麵係統地介紹瞭現代非綫性控製理論的支柱方法。 反饋綫性化（Feedback Linearization）是本部分的開端，包括輸入-狀態反饋綫性化（Input-State Linearization）和輸入-輸齣綫性化（Input-Output Linearization），並討論瞭實現這些方法的前提條件——可積性問題。 隨後，重點轉嚮滑模控製（Sliding Mode Control, SMC）。我們不僅分析瞭SMC在處理參數不確定性和外部擾動時的魯棒性優勢，還深入探討瞭其主要缺點——抖振（Chattering）現象，並介紹瞭基於高階滑模（Higher-Order Sliding Mode, HOSM）和層流控製（Laminar Flow Control）的先進技術以減輕抖振。 李雅普諾夫設計方法在非綫性控製中的應用得到瞭極大的擴展。本書詳細介紹瞭反步法（Backstepping），這是一種遞歸構造李雅普諾夫函數來實現穩定化的強大工具，並展示瞭如何將其擴展到包含反饋飽和和積分器不穩定的係統。 第四部分：魯棒控製與不確定性處理 在實際工程中，模型誤差和外部乾擾是不可避免的。本部分專注於設計能夠在存在顯著不確定性的情況下依然保持性能的控製器。 $mathcal{H}_infty$ 控製是本部分的核心。我們詳細推導瞭連續時間與離散時間$mathcal{H}_infty$ 控製問題的求解方法，包括其與黎卡提方程（Riccati Equations）的關聯，以及如何通過數學規劃來處理性能指標的約束。 緊接著，$mu$綜閤（Structured Singular Value Synthesis, $mu$-Synthesis）被引入，作為處理具有特定結構不確定性（如參數攝動塊）的係統的強大工具。本書清晰地解釋瞭如何將係統建模為“$Delta-G$”結構，並利用綫性分式變換（LFT）將問題轉化為可解的混閤$mathcal{H}_infty$ 問題。 第五部分：最優控製與模型預測控製（MPC） 最優控製理論為控製器設計提供瞭一種性能評估的量化標準。本部分首先迴顧瞭變分法和龐特裏亞金最大值原理（Pontryagin's Maximum Principle），並闡述瞭求解最優控製問題的哈密頓-雅可比-貝爾曼（HJB）方程。 本書的重點在於模型預測控製（Model Predictive Control, MPC）。MPC被視為連接最優控製理論與實時實施的橋梁。我們不僅詳細介紹瞭標準綫性MPC的求解過程（基於二次規劃，QP），還深入探討瞭非綫性MPC（NMPC）的挑戰與解決方案，包括計算效率的提升方法，如基於迭代綫性化和準牛頓方法的實時優化算法。MPC在約束處理方麵的天然優勢，尤其是在工業過程控製中的應用，貫穿瞭本章的講解。 第六部分：先進主題與網絡化係統 最後一部分將讀者的視野拓展到新興的研究領域。 自適應控製（Adaptive Control）是探討係統參數隨時間變化的情況。本書區分瞭基於模型的自適應控製（Model Reference Adaptive Control, MRAC）和基於參數估計的自適應控製，特彆是基於純切換或基於投影的算法，確保在復雜動態下的收斂性。 一個重要的新增章節專注於網絡化控製係統（Networked Control Systems, NCSs）。我們分析瞭由通信延遲、數據丟包和數據競爭帶來的穩定性與性能挑戰。本章探討瞭基於事件觸發的控製（Event-Triggered Control）和時間延遲係統的穩定性分析方法，為設計麵嚮物聯網和工業互聯網的控製架構奠定瞭理論基礎。 --- 目標讀者： 本書內容深度適中，適閤控製工程、航空航天、電氣工程、機器人學及應用數學等領域的高年級本科生、研究生以及從事前沿控製係統研發的工程師和研究人員。閱讀本書需要具備綫性係統理論、復變函數和常微分方程的基礎知識。

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這本書給我帶來的最大感受是它的“實用性”。我是一名在工業界工作的工程師，日常工作中經常需要處理各種控製係統問題。這本書的內容恰恰是我所需要的。作者並沒有花費過多的篇幅在過於抽象的理論推導上，而是將重點放在瞭如何利用綫性係統理論來解決實際工程問題。書中提供的各種設計工具和方法，例如根軌跡法、奈奎斯特圖、伯德圖等，都非常實用，並且都有清晰的步驟和詳細的說明。我特彆喜歡書中關於係統辨識和模型階數約簡的章節，這些都是在實際工程中非常重要的技術。作者通過具體的例子，一步步地演示瞭如何從測量數據中建立係統模型，以及如何將復雜模型簡化為易於分析和設計的低階模型。讀這本書就像是在參加一個高級的工程培訓課程，你能夠學到可以直接應用到工作中的知識和技能。

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老實說，我一開始對這本書的期待並沒有那麼高，但它卻給瞭我一個巨大的驚喜。這本書最大的亮點在於它將理論知識與實際設計緊密結閤，提供瞭一套係統性的解決方案。作者在介紹完理論概念後，並沒有止步於此，而是立即引導讀者思考如何將這些理論應用於實際的工程問題。書中包含瞭大量的案例研究和仿真示例，這些都極大地幫助我理解瞭抽象的數學模型是如何映射到真實的係統行為上的。我特彆喜歡書中關於控製器設計的部分，作者詳細介紹瞭多種常用的設計方法，並對每種方法的優缺點進行瞭深入的分析。例如，在討論PID控製器時，作者不僅給齣瞭調節參數的經驗法則，還從頻率域和時域的角度解釋瞭參數調整對係統性能的影響。這種實踐導嚮的教學方法，使得我不再是被動地接受知識，而是主動地去思考如何解決問題。讀這本書就像是在和一個經驗豐富的工程師交流，他不僅傳授給你知識，更重要的是教會你如何應用這些知識。

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坦白說，我一開始是被這本書的“名字”所吸引，但實際閱讀後，我發現它遠遠超齣瞭我的預期。它不僅僅是一本關於“綫性係統理論與設計”的書，更像是一次對控製工程領域的深度探索。作者的敘事風格非常流暢，他能夠將復雜的概念用一種生動有趣的方式呈現齣來。我尤其喜歡書中對一些經典控製問題曆史的迴顧，以及不同設計方法之間的比較分析。這讓我能夠更全麵地理解這個領域的發展脈絡和不同方法的取捨。書中還涉及瞭一些現代控製理論的初步概念，雖然沒有深入展開，但已經為我打開瞭新的視野。我發現這本書的結構非常閤理，章節之間的過渡自然，讀起來不會感到突兀。它提供瞭一個非常好的平颱，讓你可以從宏觀的視角審視綫性係統理論，再深入到具體的係統設計。對於那些想要係統性地瞭解控製工程，並希望在理論和實踐之間找到平衡的讀者來說，這本書絕對是一個不容錯過的選擇。

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這本書的封麵設計簡潔而經典，給我一種莊重而學術的感覺。翻開書頁，印刷質量相當不錯，紙張厚實，閱讀起來不會有廉價感。一開始我就被書中嚴謹的數學推導和清晰的邏輯結構所吸引，作者在講解基本概念時，總是循序漸進，從最基礎的定義開始，逐步引入更復雜的定理和方法。這種教學方式對於初學者來說非常友好，能夠幫助他們建立起紮實的理論基礎。我尤其欣賞書中對綫性係統核心概念的深入剖析，例如狀態空間錶示、傳遞函數以及穩定性判據等。作者並沒有簡單地羅列公式，而是深入淺齣地解釋瞭每個概念背後的物理意義和數學含義，這使得我能夠更深刻地理解這些抽象的理論。在閱讀過程中，我常常會停下來，反復咀嚼作者的論述，試圖完全消化每一個細節。這本書的優點在於它強調理論的嚴謹性，這對於真正掌握綫性係統理論至關重要。雖然我還沒有深入到設計的部分，但僅僅是理論部分的講解，就已經讓我受益匪淺，對後續的學習充滿瞭期待。

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從純粹的學術角度來看，這本書無疑是一部傑作。它以一種非常全麵的方式涵蓋瞭綫性係統理論的各個方麵，並且深入探討瞭其設計應用。作者的寫作風格非常專業，學術性很強，這使得它成為瞭一本非常有價值的參考書。我發現書中對數學的嚴謹性要求非常高，幾乎所有的論述都基於紮實的數學基礎。這一點對於那些希望在理論研究領域深耕的讀者來說，絕對是福音。書中對許多經典定理和方法的證明都進行瞭詳細的闡述，這讓讀者有機會深入瞭解這些理論的由來和發展。我尤其欣賞書中對非綫性係統在小幅度擾動下的綫性化處理的講解，以及由此引齣的綫性化係統分析方法。這為理解更復雜的非綫性係統打下瞭基礎。雖然有些部分的數學推導對於非專業人士來說可能略顯艱澀，但對於有一定數學背景的讀者而言，這本書提供瞭一個無與倫比的深入學習機會，讓你能夠站在巨人的肩膀上，理解綫性係統設計的精髓。

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我改行學物理瞭，終於解脫瞭

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