Stabilization of Nonlinear Uncertain Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer London Ltd

作者:Krstic, Miroslav/ Deng, Hua

出品人:

页数:204

译者:

出版时间:1998-5

价格:$ 123.17

装帧:HRD

isbn号码:9781852330200

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• 非线性系统
• 不确定性
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《非线性不确定系统稳定性分析与控制》 引言 在现代工程技术和科学研究的诸多领域，我们经常会面对各种复杂的非线性系统。这些系统，从飞行器、机器人到生物医学设备，乃至经济和生态模型，其内在的动态行为往往难以用简单的线性方程组来精确描述。更为严峻的是，在实际应用中，这些系统往往无法避免地会受到各种不确定性的影响。这些不确定性可能源于模型参数的偏差、外部扰动的不可预测性、传感器噪声、执行器性能的退化，甚至是环境条件的变化。因此，如何对这些非线性不确定系统进行稳定性的准确分析，并在此基础上设计鲁棒的控制器，以保证系统在存在扰动的情况下仍能维持期望的性能，是当前控制理论研究中的一个核心且极具挑战性的课题。 本书《非线性不确定系统稳定性分析与控制》正是致力于深入探讨这一关键问题，旨在为读者提供一套系统、深入且实用的理论框架和分析工具。我们将从非线性系统的基本特性出发，逐步引入不确定性的概念及其对系统稳定性的影响，并通过一系列先进的分析方法和控制设计技术，帮助读者掌握如何有效地处理和控制这类复杂的系统。本书的目标读者群体包括高等院校的教师和学生、从事控制工程和系统研究的科研人员，以及对复杂动态系统稳定性问题感兴趣的工程师。 第一部分：非线性系统基础理论 在进入不确定性分析之前，建立对非线性系统基本性质的深刻理解是必不可少的。本部分将从以下几个方面展开： 非线性系统的建模与表示： 我们将回顾不同类型的非线性系统模型，如常微分方程（ODEs）、偏微分方程（PDEs）、以及离散时间非线性系统。重点将放在如何根据物理规律和实验数据建立能够准确反映系统行为的非线性数学模型。我们将讨论不同建模方法（如基于物理原理、基于数据驱动）的优缺点，以及模型简化和参数辨识在实际工程中的应用。 平衡点与李雅普诺夫稳定性： 介绍非线性系统的平衡点概念，即系统状态不随时间变化的特例。在此基础上，深入阐述李雅普诺夫稳定性理论，包括渐近稳定性、指数稳定性、以及全局渐近稳定性等概念。我们将详细讲解第一方法（直接法）和第二方法（间接法）在分析非线性系统稳定性中的应用，并通过丰富的实例展示如何构造李雅普诺夫函数来证明系统的稳定性。 相平面分析与极限环： 对于低维非线性系统（通常是二阶系统），相平面分析是一种直观且强大的可视化工具，可以帮助我们理解系统的动态行为，识别奇点类型（如焦点、节点、鞍点），并预测系统的长期演化轨迹。我们将介绍如何绘制相平面图，以及它在分析系统稳定性、周期解（极限环）等方面的重要性。 一些重要的非线性现象： 探讨一些典型的非线性现象，如混沌、分岔、跳跃现象等，并分析它们在实际系统中的成因和影响。这将有助于读者更全面地认识非线性系统的复杂性，以及这些现象可能对系统稳定性带来的潜在威胁。 第二部分：不确定性的建模与分类 不确定性是现实世界中普遍存在的，它们的存在使得系统的行为预测和控制设计变得更加困难。本部分将聚焦于不确定性的建模和分类。 不确定性的来源与类型： 详细分析不确定性产生的具体来源，包括但不限于： 参数不确定性： 系统模型中关键参数的取值范围未知或存在误差，例如材料属性、摩擦系数、传感器增益等。 外部扰动： 系统受到外部环境的未知或难以预测的干扰，如风力、负载变化、噪声信号等。 模型不确定性： 实际系统动态与所建立模型之间存在的系统性差异，这可能是由于对系统某些高阶非线性项的忽略，或者未知动力学环节的存在。 状态或输出测量不确定性： 传感器本身的精度限制、噪声干扰以及采样延迟等。 不确定性的数学描述： 介绍几种常用的不确定性数学表示方法，包括： 区间不确定性： 参数取值限定在某个给定的区间内。 集合不确定性： 参数或不确定性向量属于一个特定的集合。 范数界不确定性： 利用向量或矩阵的范数来界定不确定性的上界，这是鲁棒控制理论中非常重要的一种表示方式。 结构化不确定性： 描述了不确定性在系统模型中的具体作用方式（例如，不确定性项如何与系统状态相乘）。 不确定性对系统稳定性的影响分析： 探讨不同类型的不确定性如何影响非线性系统的稳定性。我们将分析在不确定性存在的情况下，系统可能出现的稳定性退化、性能下降甚至失稳现象。 第三部分：非线性不确定系统稳定性分析方法 在理解了不确定性的本质之后，本部分将重点介绍用于分析非线性不确定系统稳定性的先进技术。 李雅普诺夫直接法在不确定系统中的推广： 讨论如何运用李雅普诺夫直接法来处理存在不确定性的系统。我们将介绍如何选择能够“容忍”不确定性的李雅普诺夫函数，以及如何利用不确定性的数学描述来推导稳定性条件。 Lyapunov-Krasovskii泛函方法： 针对具有时滞的非线性不确定系统，介绍Lyapunov-Krasovskii泛函方法，用于分析系统的稳定性。 微分不等式方法： 介绍如何将系统的不确定性转化为一系列微分不等式，然后利用 Gronwall-Bellman 引理等工具来求解或估计这些不等式的解，从而分析系统的稳定性。 线性矩阵不等式（LMIs）方法： 详细阐述线性矩阵不等式在稳定性分析中的强大作用。我们将介绍如何将非线性不确定系统的稳定性问题转化为一系列LMI问题，并利用成熟的凸优化求解器来获得稳定性条件。这包括： S-过程 (S-procedure)： 一种将包含二次型不确定性的不等式转化为LMI的方法。 凸优化理论与LMI求解器： 介绍LMI求解器的基本原理和使用方法。 集值分析与区间分析： 介绍集值分析和区间分析等方法，用于处理参数不确定性，并获得系统行为的严格界限。 其他先进分析技术： 简要介绍其他适用于特定类型不确定系统的分析方法，如模糊逻辑系统、神经网络近似等。 第四部分：非线性不确定系统鲁棒控制设计 理论分析的最终目的是为了设计出能够有效控制系统的控制器。本部分将集中讨论针对非线性不确定系统的鲁棒控制设计方法。 鲁棒稳定性与鲁棒性能： 定义鲁棒稳定性（在存在不确定性的情况下，系统仍能保持稳定）和鲁棒性能（在存在不确定性的情况下，系统仍能满足一定的性能指标，如快速响应、小超调等）。 基于李雅普诺夫函数设计的鲁棒控制器： 介绍如何利用与稳定性分析相同的李雅普诺夫函数来设计控制器，以确保系统在存在不确定性的情况下依然稳定。 状态反馈控制器的设计： 演示如何根据李雅普诺夫函数直接构造状态反馈控制器。 输出反馈控制器的设计： 讨论如何设计输出反馈控制器，特别是在某些状态无法直接测量的情况下。 LMI方法在鲁棒控制器设计中的应用： 详细阐述如何利用LMI将鲁棒控制器设计问题转化为求解一系列LMI。我们将介绍： 静态输出反馈控制器设计： 如何通过LMI同时确定控制器增益和李雅普诺夫矩阵。 动态输出反馈控制器设计： 介绍如何设计具有更复杂动态特性的控制器。 H-无穷鲁棒控制： 介绍H-无穷控制理论如何处理不确定性，并设计能够在一定程度上抑制扰动影响的控制器。我们将讨论H-无穷控制器的存在条件和设计方法。 滑模控制（SMC）在不确定系统中的应用： 介绍滑模控制作为一种经典的鲁棒控制技术，其在处理参数不确定性和外部扰动方面的优势。我们将详细讲解滑模面的设计、滑模控制器等效控制和交换控制的构成，以及如何处理抖振现象。 自适应控制与模型参考自适应控制（MRAC）： 探讨在系统参数未知且可能随时间变化时，自适应控制和模型参考自适应控制的应用。我们将分析这些方法如何在线调整控制器参数以适应不确定性。 模糊逻辑控制与神经网络控制： 介绍基于模糊逻辑和神经网络的控制方法，它们可以有效地处理复杂的非线性关系和未知动态，并展现出良好的鲁棒性。 控制器的实现与工程考量： 讨论控制器在实际系统中的实现问题，包括采样、量化、计算延迟等工程上的挑战，以及如何考虑控制器的复杂度、计算负担和资源限制。 第五部分：案例研究与前沿展望 为了使理论知识更加具体化，本部分将通过多个实际工程领域的案例研究，展示如何运用本书介绍的理论和方法来解决具体问题。 航空航天系统： 如飞行器姿态控制、导航制导中的不确定性处理。 机器人系统： 如机器人臂的精确控制、移动机器人的路径跟踪。 生物医学工程： 如药物输送系统、人工器官的控制。 电力系统： 如电网的稳定运行、可再生能源并网。 过程控制： 如化工反应器、传热系统的控制。 在案例研究之后，我们将对非线性不确定系统研究的当前热点和未来发展方向进行展望，包括： 数据驱动的鲁棒控制： 结合机器学习和人工智能技术，发展新的数据驱动鲁棒控制方法。 分布式鲁棒控制： 针对大型复杂系统（如智能电网、传感器网络），研究分布式鲁棒控制策略。 网络化控制系统中的不确定性： 考虑通信延迟、丢包等网络因素对系统鲁棒性的影响。 安全与可靠性： 在鲁棒控制的基础上，进一步研究系统的安全性和可靠性问题。 结论 《非线性不确定系统稳定性分析与控制》一书力求全面、深入且实用，旨在为读者提供一个坚实的理论基础和一套有效的分析与设计工具。通过系统地学习本书内容，读者将能够更深刻地理解非线性不确定系统的复杂性，掌握先进的稳定性分析技术，并能够独立地设计出满足鲁棒性和性能要求的控制器，从而在实际工程应用中取得成功。我们相信，本书将成为相关领域研究者和工程师不可多得的参考资料。

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这本书的排版极其简洁，采用了极简主义的布局，大量的留白使得阅读节奏非常舒缓，适合在安静的环境中进行沉思。但其内容却是关于二十世纪后半叶的爵士乐即兴演奏理论。作者以近乎音乐学的严谨态度，解构了比波普（Bebop）和冷爵士（Cool Jazz）时期主要演奏家的和声选择和节奏切分技巧。书中详细分析了如何利用特定的和弦代理（Chord Substitutions）来“解构”既有旋律框架，并在即兴过程中建立起一种“可控的不确定性”的听觉体验。作者甚至使用了大量的五线谱图例来展示特定乐句的内部结构，这部分对于音乐专业人士来说想必极有价值。然而，当我试图将这种“结构解构”与控制系统的“解耦”或“扰动估计”联系起来时，发现这种类比过于牵强。爵士乐的魅力在于其瞬间的创造性和情感的释放，这与需要严格数学证明的系统稳定性概念相去甚远。这本书更像是一本深入的音乐分析手册，而不是一本关于工程系统稳定化的技术指南，风格上偏向艺术评论而非科学论著。

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这本书的封面设计非常有吸引力，以深邃的蓝色调为主，辅以简洁而有力的白色字体，给人一种专业且严谨的感觉。然而，当我真正翻开第一页，却发现自己完全置身于一个与书名所暗示的“非线性不确定系统”截然不同的领域。它更像是一部关于二十世纪初期欧洲现代主义建筑风格演变的深度研究，详细探讨了柯布西耶、密斯·凡德罗等大师的作品如何从功能主义走向结构美学的革新。作者对材料选择、光影运用以及空间流动的分析，简直是教科书级别的细致入微，甚至引用了大量一手的设计手稿和当时的建筑评论，让人仿佛置身于那个充满创造力的年代。阅读过程中，我不断在想，如果书中能加入一些关于控制理论在结构稳定性分析中的应用，哪怕是象征性的提及，都会让这本书的深度更上一层楼。但遗憾的是，它完全沉浸在对钢筋混凝土和玻璃幕墙的诗意赞美之中，虽然阅读体验本身是愉悦的，但对于一个期待了解复杂动力学控制的读者来说，这无疑是一次“误入”了美丽的艺术殿堂。书中的插图质量极高，几乎每一页都有高质量的黑白照片，显示了作者在视觉呈现上的不懈努力，这一点值得称赞，只是内容方向的偏差实在令人费解。

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这本书的文字叙述风格极其古典，充满了冗长而复杂的长句，读起来颇有一种十八世纪英国小说家对社会风俗的细致描摹感。它的核心内容似乎集中在地方性农业社区在工业革命初期的社会结构变迁上。作者花费了大量的篇幅来描述某个特定郡镇的土地使用权纠纷、家庭内部的权力转移，以及传统手工艺人如何应对机器化生产带来的冲击。例如，其中有一章专门分析了十九世纪中期，某个村庄的羊毛纺织合作社如何因为引入了蒸汽动力织机而引发的内部权力斗争，细节详尽到连会议记录和私人信件中的语气变化都有考证。这种社会史的深度挖掘令人印象深刻，作者的田野调查功力可见一斑。但作为一名被“非线性不确定系统”吸引而来的读者，我期待的是关于模型简化、鲁棒性设计或是Lyapunov稳定性泛函的讨论，结果却沉溺于蒸汽机轰鸣声中的乡间争吵。这本书的学术价值无疑是存在的，但它更像是一部严谨的社会人类学著作，而不是一本工程控制领域的专著，阅读门槛较高，需要读者对历史语境有非常好的把握。

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我不得不承认，这本书的装帧质量是顶级的，纸张厚实，触感温润，即便是用作日常阅读的笔记本来记录其他资料，都显得十分体面。然而，内容方面，这本书完全偏离了技术领域，它是一部关于古希腊哲学中“美德伦理学”的详尽导论。书中对亚里士多德的《尼各马可伦理学》进行了逐句的、近乎偏执的解读，着重分析了“中庸之道”在不同道德情境下的实际应用边界。作者非常擅长使用类比和对话的形式来阐释复杂的伦理困境，比如如何平衡勇气与鲁莽，或慷慨与挥霍。这种对古典智慧的重新发掘和阐释，对于哲学爱好者来说无疑是宝藏。但对于期待在控制工程领域找到新思路的我来说，这种“中庸”似乎成了对技术精确性的一种隐晦的嘲讽。我尝试在作者对“完美平衡”的论述中寻找任何与“系统最优控制”的交叉点，但除了抽象的概念相似性外，没有任何实质性的技术联系。整本书仿佛在向我提问：在追求绝对的数学最优解之前，是否应该先回归人性的本源？

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这本书的章节组织结构非常松散，更像是一本随笔集，内容散漫而跳跃，充满了作者个人的观察和臆想，阅读起来有一种在迷宫中漫步的感觉。它主要探讨的是十九世纪末期，欧洲贵族阶层在面对社会变革时所采取的“优雅的衰退”策略。作者描述了他们在维护过时的礼仪、坚持昂贵的社交活动背后的心理机制，以及这种维护如何加速了其社会地位的瓦解。比如，关于如何正确地组织一场下午茶会，以及在这种场合下对不同阶层人士的微妙称谓，都有详尽的、近乎百科全书式的记录。这种对“形式主义”的深入剖析，虽然展现了作者广博的知识面和细腻的观察力，但对于期望获得关于“非线性系统”稳定化方法的读者而言，无疑是南辕北辙。我期待的是关于状态反馈、观测器设计或鲁棒控制器的讨论，结果却读到了关于如何避免在舞会上失礼的指南。这本书的价值在于文化史，它细致入微地描绘了一个行将消亡的阶层的精神面貌，但与控制理论的严谨科学性毫无关联。

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