Applied Mathematics in Integrated Navigation Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Amer Inst of Aeronautics &

作者:Rogers, Robert M./ Schetz, Joseph A. (EDT)

出品人:

页数:330

译者:

出版时间:

价格:90.95

装帧:HRD

isbn号码:9781563476563

丛书系列:

图书标签:

• 应用数学
• 导航系统
• 集成导航
• 数学建模
• 算法
• 滤波
• 惯性导航
• 卫星导航
• 控制理论
• 优化方法

深入解析现代控制理论与信号处理在复杂系统中的应用 图书名称：现代控制理论与信号处理在复杂系统中的应用 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入的视角，探讨现代控制理论与先进信号处理技术如何协同作用，解决包括机器人、航空航天、精密制造以及生物医学工程在内的复杂动态系统中的核心挑战。本书的侧重点在于理论基础的夯实、前沿算法的剖析及其在实际工程场景中的有效部署。 第一部分：现代控制理论的基石与拓展 本部分首先回顾了经典控制理论（如PID控制、根轨迹分析、频率响应分析）的基本原理，并迅速过渡到现代控制理论的核心——状态空间表示法。 状态空间建模与分析： 我们详细阐述了如何利用线性系统理论中的可控性、可观测性概念，对高维、多输入多输出（MIMO）系统进行精确建模。书中包含了大量关于非线性系统建模的技术，特别是李雅普诺夫稳定性理论在确定系统稳定裕度中的应用。 最优控制理论： 本章深入探讨了卡尔曼滤波、LQR（线性二次调节器）设计以及H-无穷控制（$H_{infty}$ Control）的设计流程。LQR的设计不仅展示了如何通过权重矩阵的选择来权衡控制努力与状态误差，还结合实际案例说明了其在轨迹跟踪问题中的优化性能。$H_{infty}$ 控制则侧重于如何处理系统中的外部扰动和不确定性，以确保系统在最坏情况下的性能指标。 鲁棒控制与自适应控制： 针对工程实践中模型不确定性带来的挑战，本书专门开辟章节讲解了$mu$综合设计方法和基于滑模控制（SMC）的强鲁棒性设计。自适应控制部分，我们重点介绍了参数辨识技术（如最小二乘法）与控制器在线调整机制的结合，使系统能够在运行环境中自动适应参数变化。 第二部分：先进信号处理技术在系统辨识与估计中的核心作用 有效的控制依赖于对系统状态的准确估计。本部分聚焦于如何利用先进的信号处理技术，从含有噪声的测量数据中提取有价值的信息。 随机过程理论与最优滤波： 书中详细讲解了维纳滤波和卡尔曼滤波的数学推导及其在状态估计中的优越性。重点在于非线性系统的扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）的实现细节，包括协方差矩阵的演化和雅可比矩阵的计算。 高分辨率谱分析与去噪： 为了精确辨识系统动态特性，必须对传感器数据进行细致的频域分析。本书涵盖了从经典傅里叶分析到现代高分辨率谱估计技术（如MUSIC、ESPRIT算法）的应用。同时，我们探讨了小波变换在处理非平稳信号去噪中的优势，并展示了如何利用小波阈值去噪来提高控制系统的输入质量。 系统辨识与模型验证： 如何从实验数据中建立精确的数学模型是控制工程的关键一步。本书介绍了时域辨识（如ARX、BJ模型）和频域辨识方法。特别是，我们强调了模型结构选择的重要性以及如何利用交叉验证技术来评估所建模型的泛化能力和精度，确保控制器的有效性。 第三部分：复杂系统中的集成应用与前沿趋势 本部分将前两部分的理论成果进行集成，应用于解决高度耦合和非线性的实际工程问题，并展望了未来的研究方向。 多智能体系统（MAS）与分布式控制： 针对协作机器人网络、无人机集群等场景，本书分析了基于图论的通信拓扑结构对控制性能的影响。详细阐述了分布式一致性算法（Consensus Algorithms）的收敛性分析，以及如何设计分布式观测器来实现状态信息的共享与融合。 数据驱动与机器学习赋能控制： 鉴于传统物理模型在极度复杂系统中的局限性，本书探讨了数据驱动控制的兴起。我们讨论了如何利用强化学习（RL）训练出最优控制策略，特别是Actor-Critic和PPO等算法在解决高维离散/连续控制问题中的应用。同时，本书区分了RL在策略生成和系统模型辅助辨识中的不同角色。 故障检测、隔离与容错控制（FDI/FTC）： 在高可靠性要求的系统中，对故障的实时检测至关重要。本章介绍了基于残差生成的方法（如观测器残差法）和基于模型的判别技术。随后，我们讲解了主动和被动容错控制策略的设计，确保系统在传感器或执行器发生部分失效时仍能维持基本功能。 工程案例剖析： 全书穿插了多个详细的工程案例，包括高精度伺服系统的轨迹跟踪、飞行器的姿态稳定控制、以及医疗设备中的精确剂量输送系统。这些案例不仅是理论应用的展示，更是对设计流程、参数整定和仿真验证的实践指导。 面向读者： 本书适合高等院校研究生、从事自动控制、机器人学、电子工程、航空航天工程的科研人员及高级工程师阅读。读者应具备线性代数、微积分、经典控制理论和概率论的基础知识。本书的深度和广度使其成为一本理想的专业参考书和高级课程教材。

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