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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Onwubolu, Godfrey

出品人:

页数:664

译者:

出版时间:2005-7

价格:$ 90.34

装帧:Pap

isbn号码:9780750663793

丛书系列:

图书标签:

• 机械电子
• 机电一体化
• 自动化
• 机器人
• 控制系统
• 传感器
• 执行器
• 嵌入式系统
• 电气工程
• 计算机工程

好的，这是一份关于一本名为《现代控制理论与工程应用》的图书简介，内容详尽，力求自然流畅，不提及您提供的书名或AI生成痕迹。 --- 《现代控制理论与工程应用》 内容简介 本书旨在系统、深入地阐述现代控制理论的基石、核心方法及其在各类工程实践中的具体应用。面向对象涵盖了电子信息、机械自动化、航空航天、过程控制等多个工程领域的高年级本科生、研究生以及致力于系统控制技术研究与开发的工程师和技术人员。 全书结构严谨，逻辑清晰，从基础概念出发，逐步深入到前沿理论与复杂系统设计，力求在理论深度与工程实用性之间找到完美的平衡点。我们深知，控制理论不仅是数学工具的集合，更是解决实际工程问题的思维框架。因此，本书不仅关注“是什么”，更侧重于“如何做”和“为什么”。 第一部分：理论基础与数学模型构建 开篇部分，本书首先回顾了经典的控制系统基础，并迅速过渡到现代控制理论的核心——状态空间描述。我们详细介绍了线性定常（LTI）系统的状态方程、传递函数模型以及它们之间的相互转换。重点突出了状态向量的物理意义及其在系统分析中的不可替代性。 系统的建模是控制工程的起点。本部分深入探讨了不同类型系统（如机电耦合系统、热力过程系统）的建模方法，包括物理建模（基于牛顿定律、基尔霍夫定律等）和辨识建模（系统辨识理论简介）。我们引入了线性化技术，以处理非线性系统的分析，这是将复杂现实映射到可处理的数学框架的关键一步。此外，系统的稳定性分析被置于核心地位，不仅介绍了李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性判据，还涵盖了代数判据（如Routh-Hurwitz判据）和频域判据在现代框架下的重新审视。 第二部分：可控性、可观测性与状态反馈设计 现代控制理论区别于经典控制理论的关键在于对系统内部状态的全面掌握和利用。本部分聚焦于系统结构性质的分析。我们详细阐述了可控性和可观测性的数学定义及其判据（如秩判据），并讨论了它们在系统设计中的重要指导意义。如果一个系统不可控或不可观测，那么任何基于状态反馈的控制设计都将是徒劳的。 状态反馈设计是现代控制的核心内容之一。本书系统地介绍了极点配置（Pole Placement）技术，通过设计状态反馈增益矩阵，实现对系统动态特性的精确塑造。同时，我们深入讲解了基于李雅普诺夫理论的稳定性配位，这对于设计非线性或需要保证全局稳定性的控制器至关重要。 针对无法直接测量所有状态变量的工程现实，本书详尽论述了状态观测器的设计，特别是卡尔曼-布奇（Kalman-Bucy）滤波器的原理与实现。观测器不仅用于估计不可测状态，其本身也作为一种状态反馈结构，使得“状态反馈控制”得以在实际中落地。 第三部分：最优控制与鲁棒性理论 当系统性能要求超越简单的稳定性或动态响应时，最优控制理论便登上了舞台。本部分聚焦于如何以数学方式定义“最优”，并寻找实现最优控制的算法。我们详细推导并应用了庞特里亚金极大值原理（Pontryagin's Maximum Principle）和贝尔曼最优性原理，最终导出了线性二次型调节器（LQR）的设计过程。LQR因其简洁的代数解法和优异的性能表现，成为现代控制设计中的黄金标准之一。我们通过大量的实例展示了如何选择合适的性能指标权重矩阵 $Q$ 和 $R$ 来平衡控制能量消耗与状态误差大小。 此外，工程实践中的不确定性是无法回避的挑战。本书投入重要篇幅介绍鲁棒控制的基本思想，特别是 $H_{infty}$ 控制。我们解释了如何将控制设计问题转化为三角化范数（$mathcal{H}_{infty}$ Norm）的优化问题，以确保系统在面对模型误差、外部扰动和参数不确定性时，仍能保持可接受的性能和稳定性。 第四部分：先进控制技术与工程实现 为跟上工业界快速发展的步伐，本书的最后一部分探讨了几种重要的先进控制技术。 首先是非线性控制。我们介绍了反步法（Backstepping）等构造性设计方法，用于处理复杂的、高阶的非线性系统，并强调了滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）在应对强扰动和参数不确定性方面的优势与局限性。 其次，针对大型、分散控制系统，多变量控制和模型预测控制（MPC）的重要性日益凸显。MPC作为一种前瞻性的控制策略，能够显式地处理约束条件，这是传统状态反馈方法难以企及的。本书详细阐述了MPC的基本算法框架、在线优化求解的挑战以及在工业过程控制中的成功案例。 在工程实现层面，本书强调了数字控制系统的设计。从连续时间模型到离散时间模型的转换（如零阶保持、一阶保持），以及离散时间系统的分析方法（如Z变换、状态空间离散化），都被详尽阐述。 总结 《现代控制理论与工程应用》力求成为一本“能动手”的教材。书中穿插了大量经过精心挑选的工程实例，涵盖了机器人关节控制、飞行器姿态稳定、化学反应器温度调节等典型场景。为便于读者学习和验证，书中的理论推导清晰完整，同时配有利用主流科学计算软件（如MATLAB/Simulink）进行仿真验证的指南。本书不仅传授理论知识，更培养读者运用系统思维解决复杂动态问题的能力，是读者迈向高级控制工程领域的坚实阶梯。

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