工程控製論（英文版） pdf epub mobi txt 電子書下載2026

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出版者:上海交通大學齣版社

作者:錢學森

出品人:

頁數:262

译者:

出版時間:2015-5-1

價格:138.00元

裝幀:精裝

isbn號碼:9787313100481

叢書系列:

圖書標籤:

控製論
數理力學
數學
控製論
工程控製
自動控製
係統工程
控製係統
英文教材
工科教材
數學模型
優化控製
反饋控製

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具體描述

《工程控製論(英文版)》詳細介紹瞭工程控製論所涉及的基本概念，對工程技術領域的各個自動控製係統與自動調節係統做瞭全麵的理論分析與探究，是工程實際中所用到的許多設計原則的整理與總結。通過對《工程控製論(英文版)》的閱讀，可使科學技術人員獲得更廣闊的眼界，用更係統的方法去觀察技術問題、去指導韆差萬彆的工程實踐。《工程控製論(英文版)》曾榮獲中國科學院1956年度一等科學奬金。

工程控製論：智能與自主係統的理論基石在復雜多變的現代工程領域，對係統行為的精確預測、理解與調控已成為核心挑戰。從自動化生産綫到航空航天器的精準導航，從生物醫學設備的精細操作到全球金融市場的動態平衡，無不依賴於一套嚴謹而強大的理論框架。本書《工程控製論》（英文版）正是這樣一套深刻洞察係統本質、揭示其動態規律並賦予工程師操控能力的理論寶典。它並非孤立的數學工具集，而是融閤瞭係統科學、信息科學、控製理論以及跨學科工程原理的宏大體係，旨在構建能夠實現智能決策、自主運行和最優性能的工程係統。第一部分：理論基石——理解係統的語言本書的開篇，便著眼於建立一套通用的“係統語言”，使工程師能夠以統一的視角審視並描述不同領域內的問題。這裏，“係統”不再僅僅是機械零件的堆砌，而是由相互關聯的要素構成、在特定環境下運行並具備特定功能的有機整體。係統建模與錶示：如何將現實世界的復雜現象抽象為數學模型，是控製論的首要任務。本書詳細闡述瞭多種建模方法，包括但不限於：微分方程模型：對於連續時間係統，如電路、機械臂的動力學，利用常微分方程（ODEs）或偏微分方程（PDEs）來描述其狀態隨時間的變化。我們將深入探討模型的建立原則，例如基於物理定律（牛頓定律、電路定律）的推導，以及如何處理非綫性、時變等復雜情況。差分方程模型：對應離散時間係統，如數字控製器、采樣信號處理，差分方程是描述其狀態轉移的有力工具。本書將介紹Z變換等數學工具，便於分析離散係統的穩定性和頻率響應。狀態空間錶示：這種統一的錶示方法，無論係統是綫性的還是非綫性的，連續的還是離散的，都能提供一個強大的框架來描述係統的內部狀態及其與輸入輸齣的關係。我們將詳細解析狀態嚮量、狀態矩陣、輸入矩陣、輸齣矩陣以及觀測矩陣的含義，並展示如何利用狀態空間分析係統的可控性、可觀測性等核心性質。傳遞函數模型：對於綫性時不變（LTI）係統，傳遞函數提供瞭一種便捷的頻域分析方法，特彆是在分析係統的頻率響應、穩定性以及設計控製器時。本書將詳細講解拉普拉斯變換在傳遞函數構建中的作用，以及如何從傳遞函數中提取關鍵的係統信息，如極點、零點、增益、相位裕度等。係統性質分析：建立模型後，理解係統的內在特性至關重要。穩定性分析：這是控製係統設計中最基本也是最關鍵的要求。本書將深入探討不同類型的穩定性，如李雅普諾夫穩定性、漸近穩定性、指數穩定性，並介紹分析LTI係統穩定性的多種方法，包括特徵方程（Routh-Hurwitz判據）、Nyquist判據、Bode圖等。對於非綫性係統，則會涉及更復雜的李雅普諾夫第二方法。可控性與可觀測性：這兩個概念決定瞭我們能否通過控製輸入改變係統的所有狀態，以及能否通過測量輸齣來推斷係統的所有內部狀態。本書將詳細闡述判斷可控性和可觀測性的條件，以及它們在狀態反饋控製和狀態估計中的核心作用。魯棒性分析：現實世界的係統總會受到各種不確定性的影響，如參數變化、外部擾動等。本書將介紹如何量化和分析係統的魯棒性，即係統在麵對這些不確定性時保持性能的能力，以及如何設計魯棒控製器來應對這些挑戰。第二部分：控製理論——駕馭係統的藝術在深刻理解瞭係統的本質之後，本書將引齣控製理論的核心——如何設計有效的控製器來改變係統的行為，使其達到預期目標。經典控製方法： PID控製器：作為最廣泛應用的控製器類型，比例-積分-微分（PID）控製器因其簡單直觀、易於實現的特點而占據重要地位。本書將詳細闡述P、I、D三個分量的作用機製，並介紹各種整定PID參數的方法，如Ziegler-Nichols方法、臨界比例度法等，以及在不同應用場景下的優化策略。頻率域設計：基於傳遞函數的頻率響應分析，本書將介紹如何設計各種濾波器（如超前、滯後、超前-滯後濾波器）來改善係統的動態性能，例如提高帶寬、減小相位滯後、增加穩定性裕度。現代控製方法（狀態空間視角）：狀態反饋控製：利用係統的所有狀態信息來設計控製器，可以實現更靈活和強大的控製。本書將詳細介紹如何通過極點配置（Pole Placement）來任意配置係統的閉環極點，從而達到期望的動態響應。狀態估計器（觀測器）：在許多實際係統中，並非所有狀態都能被直接測量。本書將介紹卡爾曼濾波器（Kalman Filter）等最優狀態估計技術，它能夠利用係統的模型和測量輸齣，以最小均方誤差的方式估計係統的真實狀態，從而為狀態反饋控製提供必要的信息。綫性二次調節器（LQR）：這是一種基於最優控製理論的經典設計方法，旨在最小化一個二次型性能指標（通常包含狀態的平方和控製輸入的平方），從而在係統的性能和控製能量之間取得最佳平衡。先進控製策略：最優控製：進一步拓展最優控製的範疇，介紹龐特裏亞金最小值原理（Pontryagin's Minimum Principle）等方法，用於解決更復雜的非綫性、約束優化問題，以找到最優的控製軌跡。模型預測控製（MPC）：作為一種先進的預測性控製策略，MPC利用係統的動態模型，在每個采樣時刻預測未來一段時間的係統行為，並優化未來的控製輸入序列，然後僅執行第一個控製輸入。本書將闡述MPC的核心思想、滾動優化過程以及在處理約束和多變量係統中的優勢。第三部分：智能與自主係統——麵嚮未來的工程本書的最後一部分，將視角聚焦於當前和未來的工程挑戰，探討如何利用控製論的原理來構建更智能、更自主的係統。自適應控製：麵對環境變化或係統參數未知的情況，自適應控製能夠實時調整控製器參數，使係統始終保持良好的性能。本書將介紹如模型參考自適應控製（MRAC）和自調整控製（SRAC）等基本自適應控製策略。模糊邏輯控製：藉鑒人類的模糊推理能力，模糊邏輯控製器能夠處理不精確、模糊的信息，並在缺乏精確數學模型的情況下實現有效的控製。本書將介紹模糊化、模糊推理和解模糊等基本概念，以及模糊邏輯在特定工程問題中的應用。神經網絡與深度學習在控製中的應用：隨著人工智能的飛速發展，神經網絡和深度學習為控製係統的設計開闢瞭新的道路。本書將探討如何利用神經網絡逼近復雜的非綫性函數，如何通過強化學習（Reinforcement Learning）使控製器從與環境的交互中學習最優策略，以及這些技術在機器人、自動駕駛等領域的潛力。分布式控製與協同係統：在大規模、分布式係統中，如智能電網、多機器人協作，如何協調多個局部控製器以實現全局最優目標成為關鍵。本書將介紹分布式控製的基本原理，以及在網絡化控製係統（Networked Control Systems）中信息通信和控製策略的設計挑戰。安全與可靠性：在實現高性能和智能化的同時，確保係統的安全性和可靠性至關重要。本書將觸及故障檢測與診斷（FDD）、容錯控製（Fault-Tolerant Control）等概念，以及如何設計能夠應對潛在故障的魯棒且安全的控製係統。結語《工程控製論》（英文版）是一本旨在為工程師提供係統化思維和強大工程工具的著作。它不僅僅是關於控製方程和算法的堆砌，更是關於如何深刻理解復雜係統、如何精妙地駕馭其動態行為，並最終構建齣能夠自主決策、適應環境、實現最優性能的智能化工程解決方案。本書內容翔實，理論與實踐並重，適用於高等院校的控製工程、自動化、電氣工程、機械工程等相關專業學生，以及從事相關領域研究與開發的工程師。掌握本書的精髓，將為應對未來工程領域的挑戰奠定堅實的基礎。

作者簡介

目錄資訊

Chapter 1 Introduction
1.1 Linear Systems of Constant Coefficients
1.2 Linear Systems of Variable Coefficients
1.3 Nonlinear Systems
1.4 Engineering Approximation
Chapter 2 Method of Laplace Transform
2.1 Laplace Transform and Inversion Formula
2.2 Application to Linear Equations with Constant Coefficients
2.3 "Dictionary" of Laplace Transforms
2.4 Sinusoidal Forcing Function
2.5 Response to Unit Impulse
Chapter 3 Input， Output， and Transfer Furction
3.1 First— Order Systems
3.2 Representations of the Transfer Function
3.3 Examples of First—Order Systems
3.4 Second Order Systems
3.5 Determination of Frequency Response
3.6 Composition of a System from Elements
3.7 Transcendental Transfer Functions
Chapter 4 Feedback Servomechanism
4.1 Concept of Feedback
4.2 Design Criteria of Feedback Servomechanisms
4.3 Method of Nyquist
4.4 Method of Evans
4.5 Hydrodynamic Analogy of Root Locus
4.6 Method of Bode
4.7 Designing the Transfer Function
4.8 Multiple—Loop Servomechanisms
Chapter 5 Nonintcracting Controls
5.1 Control of a Single—Variable System
5.2 Control of a Many Variable System
5.3 Noninteraction Conditions
5.4 Response Equations
5.5 Turhopropeller Control
5.6 Turbojet Engine with Afterburning
Chapter 6 Alternating—current Servomechanisms and Oscillating Control Servomechanisms
6.1 Alternating—Current Systems
6.2 Translation of the Transfer Function to a Higher Frequency
6.3 Oscillating Control Servomechanisms
6.4 Frequency Response of a Relay
6.5 Oscillating Control Servomechanisms with Built—in Oscillation
6.6 General Oscillating Control Servomechanism
Chapter 7 Sampling Servomechanisms
7.1 Output of a Sampling Circuit
7.2 Stibitz— Shannon Theory
7.3 Nyquist Criterion for Sampling Servomechanisms
7.4 Steady—State Error
7.5 Calculation of F2* （s）
7.6 Comparison of Continuously Operating with Sampling Servomechanisms
7.7 Pole of F2（s） at Origin
Chapter 8 Linear Systems with Time Lag
8.1 Time Lag in Combustion
8.2 Satehe Diagram
8.3 System Dynamics of a Rocket Motor with Feedback Servo
8.4 Instability without Feedback Servo
8.5 CoIrplete Stability with Feedback Servo
8.6 General Stability Criteria for Time—Lag Systems
Chapter 9 Linear Systems with Stationary Random Inputs
9.1 Statistical Description of a Random Function
9.2 Average Values
9.3 Power Spectrum
9.4 Examples of the Power Spectrum
9.5 Direct Calculation of the Power Spectrum
9.6 Probability of Large Deviations from the Mean
9.7 Frequency of Exceeding a Specified Value
9.8 Response of a Linear System to Stationary Random Input
9.9 Second Order System
9.10 Lift on a Two—Dimensional Airfoil in an Incompressible Turbulent Flow
9.11 Intermittent Input
9.12 Servo Design for Random Input
Chapter 10 Relay Servomechanisms
10.1 Approximate Frequency Response of a Relay
10.2 Method of Kochenburger
10.3 Other Frequency—Insensitive Nonlinear Devices
10.4 Optimum Performance of a Relay Servomechanism
10.5 Phase Plane
10.6 Linear Switching
10.7 Optimum Switching Function
10.8 Optimum Switching Line for I.inear Seeond—Order Systems
10.9 Multiple Mode Operation
Chapter 11 Nonlinear Systems
11.1 Nonlinear Feedback Relay Servomechanism
11.2 Systems with Small Nonlinearity
11.3 Jump Phenomenon
11.4 Frequency Demultiplication
11.5 Emrainment of Frequency
11.6 Asynchronous Excitation and Quenching
11.7 Parametric Excitation and Damping
Chapter 12 Linear System with Variable Coefficients
12.1 Artillery Rocket During Burning
12.2 Linearized Trajectory Equations
12.3 Stability of an Artillery Rocket
12.4 Stability and Control of Systems with Variable Coefficients
Chapter 13 Control Design by Perturbation Theory
13.1 Equations of Motion of a Rocket
13.2 Perturbation Equations
13.3 Adjoint Functions
13.4 Range Correction
13.5 Cutoff Condition
13.6 Guidance Condition
13.7 Guidance System
13.8 Control Computers
Chapter 14 Control Design with Specified Criteria
14.1 Control Criteria
14.2 Stability Problem
14.3 General Theory／or First—Order Systems
14.4 Application to Turbojet Controls
14.5 Speed Control with Temperature—Limiting Criteria
14.6 Second Order Systems with Two Degrees of Freedom
14.7 Control Problem with Differential Equation as Auxiliary Condition
14.8 Comparison of Concepts of Control Design
Chapter 15 Optimalizing Control
15.1 Basic Concept
15.2 Principles of Optimalizing Control
15.3 Considerations on Interference Effects
15.4 Peak—Holding Optimalizing Control
15.5 Dynamic Effects
15.6 Design for Stable Operation
Chapter 16 Filtering of Noise
16.1 Mean Square Error
16.2 Phillips's Optimum Filter Design
16.3 Wiener—Kolmogoroff Theory
16.4 Simple Examples
16.5 Applications of Wiener—Kolmogoroff Theory
16.6 Optimum Detecting Filter
16.7 Other Optimum Filters
16.8 General Filtering Problem
Chapter 17 Ultrastability and Muhistability
17.1 Ultrastable System
17.2 An Example of an Uhrastable System
17.3 Probability of Stability
17.4 Terminal Fields
17.5 Muhistable System
Chapter 18 Control of Error
18.1 Reliability by Duplication
18.2 Basic Elements
18.3 Method of Multiplexing
18.4 Error in Executive Component
18.5 Error of Multiplexed Systems
18.6 Examples
Index
齣版後記
· · · · · · (收起)

讀後感

评分☆☆☆☆☆

這本書的敘事節奏感極其齣色，它成功地在晦澀的理論深度和流暢的知識傳遞之間找到瞭一個近乎完美的平衡點。我尤其欣賞作者在闡述復雜算法時所采用的類比和實例選擇——它們不是那種老生常談的教科書式例子，而是根植於現代工程實踐中的鮮活案例。這種接地氣的敘述方式，極大地降低瞭理解門檻，讓那些原本隻在理論界流傳的概念，變得觸手可及。仿佛作者是一位經驗豐富的工程師，一邊用精密的尺子測量著理論的邊界，一邊又用最直白的語言嚮我們展示這些邊界如何影響著真實世界的設備和流程。從控製器的設計到優化指標的選取，每一個決策背後的權衡取捨都被剖析得淋灕盡緻，讓人在學習知識的同時，也培養瞭一種批判性地評估工程方案的能力。這遠超齣瞭單純的知識灌輸，更像是一場關於工程哲學的深度對話。

评分☆☆☆☆☆

我個人認為，這本書的價值核心在於它對“不確定性處理”的深刻見解。在許多傳統的控製教材中，對於係統參數的微小波動往往是假設在可接受的誤差範圍內，然後采用點估計的方法進行設計。然而，本書則勇敢地直麵瞭現實世界的“蠻橫”：傳感器噪聲、執行器延遲、模型失真，這些都是真實存在的“敵人”。作者展示瞭一係列強大的數學工具，用以量化並最小化這些不確定性帶來的負麵影響，確保瞭控製係統的彈性與韌性。這使得該書不僅僅是一本理論教材，更像是一本關於“工程韌性設計”的實戰指南。它教導我們如何構建齣即使在環境變化或部分組件失效時依然能保持穩定和高性能的係統，這在當前對安全性和可靠性要求極高的領域，具有無可替代的指導意義。

评分☆☆☆☆☆

這部理論著作的深度和廣度著實令人印象深刻。它不僅僅是對某個單一技術領域的淺嘗輒止，更像是一次對復雜係統行為模式的宏大巡禮。作者以一種極其嚴謹且富有洞察力的視角，將控製理論中的經典概念與更前沿的、跨學科的視角巧妙地融閤起來。閱讀過程中，我深刻體會到一種由錶及裏的構建過程，從基礎的數學建模到高階的自適應與魯棒性設計，每一步都鋪墊得紮實有力。尤其是在處理非綫性、不確定性這些現實世界中難以避免的問題時，書中提齣的解析框架展現齣驚人的穿透力。它迫使讀者跳齣傳統思維的窠臼，去思考“如何讓係統不僅能運行，而且能在最壞情況下依然保持最優的性能？”這種對極限性能的追求，使得全書的論述充滿瞭理論上的美感和實踐中的張力。雖然某些推導過程需要極高的專注度，但最終獲得的對係統本質的理解，絕對是物超所值的心智投資。

评分☆☆☆☆☆

坦率地說，這本書的文字密度非常高，閱讀體驗更像是在攀登一座學術的高峰，需要持續的意誌力和反復的琢磨。它不迎閤那些追求速成的心態，而是要求讀者真正沉浸其中，與作者共同經曆思想的打磨過程。我特彆注意到，作者在引入新的概念時，總是先從問題的根源和曆史發展脈絡入手，這種嚴謹的溯源不僅提供瞭曆史背景，更重要的是，它揭示瞭為什麼當前最優的解決方案會是現在這個樣子。對於那些希望深入理解控製係統“為什麼是這樣”而非僅僅“如何使用”的專業人士來說，這種層層遞進的結構是無價之寶。每當感覺思路有些模糊時，迴頭查看前幾章的鋪墊，總能找到豁然開朗的節點。這本書無疑是為那些渴望掌握核心原理的硬核學習者準備的。

评分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖示設計，體現瞭齣版方對專業讀者的尊重。圖錶的清晰度和信息的有效編碼達到瞭極高的水準，很多復雜的信號流程和狀態空間轉換，僅僅通過一幅精心繪製的圖示，就能比冗長的文字描述更加直觀易懂。此外，全書的符號係統保持瞭高度的統一性和規範性，這在處理多變量係統時尤為重要，避免瞭因符號混亂而導緻的理解偏差。雖然內容本身是極具挑戰性的，但良好的視覺呈現有效地減輕瞭認知負荷，使得我們可以將更多的精力集中在理解深層邏輯上。對於需要頻繁查閱特定公式或模型定義的讀者而言，這種清晰的結構設計，大大提升瞭作為工具書的實用價值。它不是那種讀完就束之高閣的書，而是會經常被翻開，作為解決實際問題的參考基石。

評分☆☆☆☆☆

首先这肯定是一本好书，但我觉得给五星的人里应该有相当一部分是给的情怀分，毕竟中国当代再没出过这样的大牛。个人觉得这本书对初学者十分不友好，当前的很多国产大学教材所存在的某些问题，在中译本的《工程控制论》里都能找到影子。这一点让我很震惊，所以才下决心买了一本...

評分☆☆☆☆☆