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出版者:Prentice Hall

作者:Brogan, William L.

出品人:

页数:736

译者:

出版时间:1990-10

价格:$ 231.65

装帧:HRD

isbn号码:9780135897638

丛书系列:

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好的，这是一本关于经典控制理论的书籍简介，旨在深入探讨该领域的基石概念和传统方法，与您提到的现代控制理论形成对比。 --- 《经典控制系统原理与应用》 书籍简介 本书旨在全面、深入地阐述经典控制理论的理论基础、分析方法和实际应用。作为控制工程学科的奠基石，经典控制理论以频域分析和时域信号处理为核心，为我们理解和设计线性、定常系统的反馈控制系统提供了坚实的方法论。本书致力于为读者构建一个清晰的知识框架，侧重于系统的建模、性能评估以及控制器的设计与实现。 第一部分：系统基础与数学描述 本部分首先建立起控制系统分析的数学基础。我们从物理系统的描述入手，详细阐述了如何利用微分方程来精确刻画动态系统的行为。重点讨论了线性定常（LTI）系统的概念，这是经典控制理论分析的主要对象。 时域分析与传递函数： 我们将详细介绍拉普拉斯变换及其在系统建模中的核心作用。通过传递函数的概念，我们将系统的微分方程转化为代数方程，极大地简化了系统的分析过程。本书会深入探讨传递函数的结构，包括零点、极点及其对系统响应特性的影响。 方块图与信号流图： 读者将学习如何利用方块图来表示复杂的系统结构，并通过梅森（Mason）增益公式等工具，系统地化简多回路反馈系统，从而获得整个系统的等效传递函数。 第二部分：系统响应与稳定性分析 理解系统如何响应外部激励以及其固有的稳定性是控制工程的核心任务。本部分将系统地介绍这些关键概念。 瞬态响应分析： 我们将分析典型输入信号（如阶跃、斜坡和脉冲输入）对一阶和二阶系统的作用。通过对阻尼比、自然频率等参数的深入探讨，读者将掌握如何量化系统的超调、建立时间、峰值时间和稳态误差等关键性能指标。 稳态误差分析： 详细解析了系统型式（Type Number）的概念，并介绍了使用积分、比例-积分（PI）和比例-积分-微分（PID）控制器来减小稳态误差的传统方法。 稳定性判据： 稳定性是控制系统设计的前提。本书将详尽介绍李雅普诺夫（Lyapunov）判据在经典控制框架下的应用，并重点讲解著名的代数判据——劳斯-赫尔维茨（Routh-Hurwitz）判据，用于判断闭环系统的稳定性而无需求解特征方程。 第三部分：频域分析与补偿器设计 频域分析是经典控制理论中最强大且直观的工具之一。本部分着重于如何利用频率响应来设计控制器，以满足特定的性能要求。 频率响应与伯德图： 我们将从传递函数的频率响应出发，详细介绍如何绘制和解读伯德图（Bode Plot）。重点讨论了增益裕度和相位裕度，这些是衡量系统稳定裕度的关键指标。 奈奎斯特图与稳定性： 奈奎斯特（Nyquist）稳定性判据作为频域分析的精髓，将被深入讲解。通过对奈奎斯特图的分析，可以直观地判断系统的闭环稳定性，并评估其鲁棒性。 控制器的设计与补偿： 本部分的核心在于介绍如何使用各种补偿器来修改系统的频率响应，以达到所需的性能。详细讲解了超前（Lead）、滞后（Lag）和超前-滞后（Lead-Lag）补偿器的设计原理、伯德图绘制技巧以及其实际应用案例，包括如何通过相频和幅频修正来提升系统的瞬态响应和稳态性能。 第四部分：根轨迹法 根轨迹法提供了一种强大的图形化工具，用于分析当系统增益变化时，闭环极点在s平面上的移动轨迹。 根轨迹绘制规则： 读者将学习一套完整的规则来绘制根轨迹，包括确定实轴上的轨迹、渐近线角度、实轴虚部点（Saddle Points）以及根轨迹的交点。 根轨迹的应用： 重点展示如何利用根轨迹来确定最佳的系统增益，以使系统响应达到预期的阻尼比或自然频率要求。同时，也将介绍利用根轨迹法来设计串联或反馈补偿器的思路。 第五部分：经典控制系统的实现与工程实践 本部分将理论与工程实践相结合，讨论了经典方法在实际工程中的局限性与应用场景。 系统辨识的初步探讨： 虽然现代控制更侧重于系统辨识，但本书仍将简要介绍经典方法中如何利用实验数据（如阶跃响应实验）来辨识简单系统的传递函数模型。 PID控制器在工业中的地位： 详细分析了PID控制器在化工、电力和机械控制等领域的广泛应用。本书将探讨如何通过Ziegler-Nichols等经典整定方法来获得初始的PID参数，并讨论参数整定对实际控制性能的影响。 经典方法的局限性： 最后，本书将客观地指出经典控制理论在处理高阶系统、多输入多输出（MIMO）系统以及非线性系统时的内在不足，从而为读者过渡到更先进的控制理论（如现代控制理论）打下基础。 本书特色 本书结构严谨，逻辑清晰，强调对基本概念的深刻理解而非单纯的公式堆砌。每一章节都配有大量的例题和详细的解题步骤，帮助读者熟练掌握从建模到性能优化的全过程。此外，本书内容严格聚焦于线性、单输入单输出（SISO）系统的经典分析与设计技术，是控制工程专业本科生、研究生以及致力于掌握传统控制技术工程师的理想参考教材。通过本书的学习，读者将能够熟练运用频域和时域的经典工具，解决绝大多数工程中常见的线性系统控制问题。

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这部著作的装帧设计极具匠心，从封面到内页的排版，都透露出一种严谨而又不失现代感的格调。特别是扉页处那一句引人深思的题词，恰到好处地为全书定下了基调。内页纸张的选取也颇为考究，触感细腻，即便是长时间的阅读，也不会带来视觉上的疲劳。然而，美中不足的是，某些章节的图示虽然清晰，但在关键的数学推导部分，似乎可以更进一步地精简和可视化，使得初学者在面对复杂系统建模时，能够更快地捕捉到核心思想。比如，在处理非线性系统的状态空间表示时，作者引入了大量的张量运算，虽然从理论深度上无可指摘，但若能辅以更直观的几何解释，或许能更好地服务于工程实践领域的读者。总的来说，这本书在视觉传达上无疑是顶尖水准，为深入学习复杂的控制算法提供了一个愉悦的物理载体。

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这本书的章节逻辑安排，总体而言是清晰的，从基础的线性系统理论稳步推进到更前沿的自适应和最优控制。尤其欣赏作者在处理卡尔曼滤波和估计理论时的详尽阐述，其对噪声特性和信息融合的描述，极富洞察力。然而，我认为在涉及数值模拟和仿真验证的部分，略显不足。尽管理论推导详实，但缺乏足够多的、可直接在主流软件（如MATLAB/Simulink或Python生态）中运行的案例代码片段或伪代码。在现代工程教育中，理论与实践的紧密结合是至关重要的。如果每一核心算法的推导之后，能紧跟着一个简洁的、带有注释的实现示例，这本书的实用价值将得到极大的提升，能够让读者在理论理解的同时，立即体验到算法在时间域上的动态表现，从而加深对收敛性、稳定裕度和计算复杂度的直观认识。

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我花费了数周时间研读了这本书中关于鲁棒性分析和H无穷控制的部分，深感其理论深度令人震撼。作者对于矩阵不等式（LMI）的运用达到了炉火纯青的地步，将原本晦涩的优化问题转化为可以有效求解的数值形式，这对于设计实际的控制器具有里程碑式的意义。不过，在讲解从经典控制理论过渡到现代控制理论的衔接点时，处理得略显仓促。例如，对于频率响应分析在现代框架下的“遗失”或“重构”过程，若能加入更多侧重于工程直觉而非纯粹数学形式的论述，将会更有助于那些从PID控制背景转过来的工程师建立起完整的知识体系。现有的叙述方式，更倾向于假设读者已经完全掌握了经典控制的全部精髓，这使得部分桥梁性的章节显得略为单薄，需要读者自行去弥补知识上的断层，这在一定程度上增加了学习的陡峭度。

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作为一本面向高级应用读者的参考书，我发现书中对“奇异摄动法”以及“奇异系统理论”的介绍，虽然在理论上是精确的，但其在特定工业场景下的应用案例显得有些意犹未尽。例如，在航空航天领域中处理快慢时间尺度耦合的问题，或是电力系统中大电网的简化模型，这些都是奇异理论大放异彩的领域。作者只是停留在数学定义的层面，而未能深入剖析如何根据物理系统的具体特性来选择合适的摄动参数，以及如何处理因模型简化而引入的残余误差的界限。这种“只授之以渔，不授之以具”的感觉，让习惯于从问题反推理论工具的工程师感到一丝遗憾。理论的深度毋庸置疑，但与实际工程决策挂钩的“艺术性”指导内容稍显不足，期待未来修订版能加强这方面的深度和广度。

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这本书的索引和术语表设计得非常到位，这是查阅特定概念时效率极高的设计。然而，在教材的整体氛围上，它似乎更偏向于纯数学化的“控制论”，而非强调工程决策和系统鲁棒性的“控制工程”。例如，在讨论控制器实施的约束条件（如执行器饱和、传感器量程限制）时，处理得过于理想化。现代控制系统设计越来越依赖于满足这些实际限制下的性能指标，如有限时间稳定或资源受限下的最优控制。这本书似乎将这些现实世界中的“非理想性”更多地视为次要的扰动，而非系统设计本身必须正面应对的核心挑战。因此，对于那些需要设计实际投入运行的复杂自动化系统的读者来说，可能需要额外花费大量时间去补充关于约束优化、凸优化在控制中的应用等更为“落地”的知识体系，才能真正将其知识转化为可靠的工程成果。

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