连续与离散控制系统

连续与离散控制系统 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学 作者:王春民 编 出品人: 页数:522 译者: 出版时间:2008-2 价格:54.00元 装帧: isbn号码:9787030210678 丛书系列:
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具体描述

《普通高等教育"十一五"规划教材·连续与离散控制系统》系统介绍了连续与离散控制系统的基本理论和方法。全书共分19章,内容包括系统模型的建立及转换、系统的基本性能及指标、频域特性法、根轨迹法、状态空间法、非线性系统分析方法、数据采集与数据保持、Z变换、差分方程求解、脉冲传递函数、状态空间和系统稳定性判定、离散控制系统的经典法设计、数字控制器的直接设计、状态空间分析与设计、最优控制、最小二乘法离线和在线辨识、采样周期选取、模糊控制等,最后给出控制系统的设计实例。每章详细介绍了MATLAB对控制系统进行计算机分析和应用仿真的实例,并提供一定数量的习题。

现代工程计算与数值方法 本书简介: 在当今高度依赖计算和数据驱动的工程科学领域,掌握扎实的数值计算和算法基础是每一位工程师和研究人员不可或缺的核心技能。本书《现代工程计算与数值方法》旨在系统、深入地介绍支撑现代工程分析、模拟和优化的核心数学工具与计算技术。它并非一部面向特定控制理论分支的教材,而是专注于通用计算范式、算法效率和软件实现层面的技术手册与参考指南。 本书内容覆盖了从基础的线性代数计算到复杂微分方程的求解等一系列关键领域,强调理论的严谨性与实际应用的有效性相结合。全书结构清晰,逻辑递进,确保读者在建立扎实的理论认知的同时,也能快速掌握如何利用这些工具解决实际工程问题。 --- 第一部分:计算基础与误差分析 (Foundations of Computational Science) 本部分是后续所有高级计算方法的基石。我们首先从计算机如何精确地表示和处理实数开始,深入探讨浮点运算的内在机制及其带来的精度问题。 第一章:数制与浮点表示 详细解析二进制、八进制、十六进制与十进制之间的转换,重点阐述 IEEE 754 浮点标准(单精度和双精度)的结构,包括有效数字、指数的存储方式,以及非规格化数和特殊值(NaN, Infinity)的处理。 第二章:误差理论与稳定性分析 误差是数值计算的固有伴侣。本章系统分析了截断误差(如泰勒级数展开的余项)和舍入误差的来源、传播机制与量化方法。引入局部误差与全局误差的概念,并探讨了数值算法的病态性(Ill-conditioning)与稳定性(Stability),指导读者如何选择对输入扰动不敏感的计算路径。 第三章:矩阵代数计算基础 线性代数是工程计算的语言。本章专注于大型矩阵运算的计算效率。讲解向量范数、矩阵范数的定义和应用。深入分析矩阵的条件数,并初步介绍矩阵分解方法(如 LU 分解、Cholesky 分解)在求解线性方程组 $Ax=b$ 中的计算步骤与复杂度分析。 --- 第二部分:求解线性方程组的迭代与直接方法 (Linear System Solvers) 本部分是数值分析的核心,关注如何高效、稳定地处理大规模线性系统。 第四章:直接解法的高级实现 详细推导和分析 LU 分解、ULV 分解以及更稳健的 PIVOT 策略(部分选主元与完全选主元)。重点讨论稀疏矩阵(Sparse Matrices)的存储结构(如 CSR, CSC 格式)及其在实际工程模型(如有限元网格)中的内存优化和计算加速。 第五章:大规模线性系统的迭代方法 对于维度极高的系统,直接法因存储和计算成本过高而不可行。本章全面介绍经典迭代法:雅可比(Jacobi)、高斯-赛德尔(Gauss-Seidel)。随后深入讲解收敛性理论,并重点介绍加速技术——迭代法的预处理(Preconditioning),如代数多重网格(AMG)和不完全分解预处理(ILU, ICC),这是求解大型系统性能的关键所在。 第六章:特征值问题的计算 特征值和特征向量在结构动力学、稳定裕度分析中至关重要。本章介绍求解特征值问题的经典算法:幂迭代法(Power Iteration)、反幂迭代法,以及计算对称矩阵和非对称矩阵特征值的核心工具——QR 算法的演化过程,包括其收敛性和数值稳定性。 --- 第三部分:非线性方程与优化方法 (Nonlinear Equations and Optimization) 工程设计往往涉及对复杂非线性关系的求解与优化。 第七章:非线性方程组的求解 本章从一维方程(如牛顿法、割线法)的原理出发,逐步扩展到多维非线性方程组的求解。重点分析牛顿法的收敛性、局部二次收敛的优势,以及处理超线性或次线性收敛情况的混合方法(如拟牛顿法,BFGS, DFP 算法)。 第八章:无约束优化基础 系统梳理寻找函数极小值的核心策略。详细阐述梯度下降法(及其动量加速版)、共轭梯度法(Conjugate Gradient Method)的迭代原理和几何意义。分析了鞍点和局部最优解的处理。 第九章:约束优化与KKT条件 深入探讨受限于等式或不等式约束的优化问题。详细介绍拉格朗日乘子法在等式约束问题中的应用。核心内容聚焦于Kuhn-Tucker(KKT)条件的推导与应用,并简要介绍序列二次规划(SQP)等先进的求解框架。 --- 第四部分:数值微分与积分 (Numerical Differentiation and Integration) 本部分关注函数逼近和连续过程的离散化处理。 第十掌:插值与函数逼近 介绍如何使用离散数据点来准确重构原始函数。内容包括拉格朗日插值、牛顿插值,以及在高维空间中的张量积插值。重点分析样条插值(Spline Interpolation),特别是立方样条在保证二阶连续性方面的优势及其在平滑数据中的应用。 第十一章:数值积分(Quadrature) 系统讲解如何用有限的函数值计算定积分。详细推导牛顿-科茨公式(Newton-Cotes formulas,如梯形法则、辛普森法则)。更重要的是,本章将重点分析高斯求积(Gaussian Quadrature)的构造原理,解释其如何通过最优选取节点实现远超同阶牛顿-科茨方法的精度。 第十二章:常微分方程(ODE)的数值求解 对于无法解析求解的动态系统,数值方法是唯一的出路。本章深入介绍显式和隐式方法:欧拉法及其稳定区。核心内容集中在龙格-库塔(Runge-Kutta, RK)方法族,特别是四阶RK法的推导与应用。同时,探讨刚性方程(Stiffness)的概念及其对求解器选择的影响,并介绍隐式欧拉法和后向差分公式(BDF)在处理刚性问题上的优越性。 --- 本书特色: 本书严格遵循数值分析的学科规范,所有算法均附带收敛性、稳定性和复杂度分析。为增强其实用性,书中大量的理论推导和算法步骤均辅以伪代码,并详细讨论了在主流科学计算环境(如 MATLAB/Octave, Python NumPy/SciPy)中实现这些方法时应注意的计算效率和库函数调用规范。本书适合作为高等工程专业(如力学、航空航天、电子工程、应用数学)研究生及高年级本科生的核心参考书,也是从事计算建模、仿真分析的工程师必备的工具书。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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在翻阅《连续与离散控制系统》这本书时,我被它在系统分析方法上的广度和深度所吸引。书中对于连续控制系统,从经典的传递函数和频率响应分析,到更为现代的状态空间方法,都有着清晰而详尽的阐述。作者在解释波特图、奈奎斯特图等频率响应工具时,不仅给出了详细的绘制步骤,更重要的是,他解释了如何从这些图上直观地判断系统的稳定性、带宽和相位裕度。这让我能够快速地评估和理解一个连续系统的性能。而在离散控制系统部分,书中对离散时间状态空间方程的建立和分析,以及离散系统稳定性判据(如 Jury 判据)的推导和应用,都做得非常到位。它让我理解了如何从系统状态向量的变化趋势来预测系统的未来行为,这对于设计具有特定性能要求的控制器非常有帮助。书中还涉及到一些更具前瞻性的控制策略,例如模糊逻辑控制和神经网络控制的初步介绍,这为我打开了理解这些智能控制方法的大门,并让我看到控制技术未来的发展趋势。这本书让我深刻地认识到,掌握不同的分析工具,并能灵活运用它们来理解和设计控制系统,是成为一名优秀的控制工程师的关键。

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作为一个非控制专业的读者,我原本以为《连续与离散控制系统》可能会是一本晦涩难懂的书,充满着令人生畏的数学公式。然而,这本书给我的感觉完全是颠覆性的。作者的写作风格极其细腻,仿佛一位经验丰富的导师,循序渐进地引导我一步步走进控制的世界。在介绍连续控制系统时,他巧妙地运用了大量生动的类比,将抽象的反馈机制、稳定性概念用生活中的例子来解释,比如恒温器控制室温、汽车巡航控制等,这些都让我瞬间茅塞顿开。书中对于时域和频域分析的结合,更是让我看到了不同分析方法的优势互补,理解起来也更加全面。最让我赞赏的是,书中并没有一味地追求理论的深度,而是非常注重理论与实践的结合。每一个概念的引入,都伴随着相关的工程应用场景,让我能够清晰地看到这些理论知识是如何转化为解决实际工程问题的工具。即使遇到一些稍微复杂的数学推导,作者也会用图示或分步讲解的方式来辅助理解,大大降低了阅读门槛。这本书让我觉得,控制系统并非高不可攀,而是充满了智慧和创造力,并且可以通过系统性的学习来掌握。

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这本书简直是打开了新世界的大门!虽然我之前对控制理论算是有所耳闻,但总觉得它离实际应用有些距离,像是一堆抽象的数学公式。但《连续与离散控制系统》这本书,却用一种非常直观、深入浅出的方式,把我带进了控制系统的奇妙世界。作者在讲解连续控制系统时,从最基础的传递函数、阶跃响应这些概念讲起,一点一点地构建起理解系统的框架。最让我印象深刻的是,他没有停留在理论层面,而是通过大量的工程实例,比如机器人手臂的精确控制、飞行器的自动导航,让我们看到这些理论是如何被巧妙地应用到现实世界中,解决实际问题的。而且,书中对于各种经典控制方法的介绍,像是PID控制,解释得非常透彻,不仅讲了原理,还深入剖析了参数整定的技巧和注意事项,这对于我这种想要亲手调试控制系统的人来说,简直是福音。书中还特别强调了系统的稳定性和鲁棒性,这让我意识到,一个好的控制系统不仅仅是要能工作,更重要的是要能在各种干扰和不确定性下保持稳定可靠,这才是工程上的真正挑战。总的来说,这本书让我对控制系统有了全新的认识,从一个模糊的概念变成了一个有血有肉、充满魅力的工程学科。

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我一直对计算机和自动化技术抱有浓厚的兴趣,所以《连续与离散控制系统》这本书中关于离散控制部分的论述,是我重点关注的对象。这本书在离散化技术和数字控制算法方面的讲解,可以说是我读过的同类书籍中最具条理性和实用性的。作者在讲解如何将连续系统转换为离散系统时,不仅清晰地解释了零阶保持器、一阶保持器等概念,还详细分析了它们对系统性能的影响。这种细致的分析,让我能够更好地理解在实际工程中选择哪种离散化方法的依据。在数字控制算法方面,书中对PID控制器在离散时间下的实现进行了深入的阐述,包括增量式PID和位置式PID的优缺点,以及如何进行离散时间下的参数整定。这对于我将来在嵌入式系统中实现控制算法非常有指导意义。更让我惊喜的是,书中还引入了数字滤波的概念,以及如何利用数字滤波器来改善系统的抗干扰能力和输出平滑度。这对于处理传感器噪声等实际问题至关重要。这本书让我看到了数字技术在控制系统中的强大威力,以及如何通过巧妙的设计来实现更精确、更可靠的控制。

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我一直对信号处理和数据分析很感兴趣,所以当我拿到《连续与离散控制系统》这本书时,我最先关注的就是它在离散系统方面的阐述。这本书在这方面的表现,可以说大大超出了我的预期。作者在介绍离散控制系统时,并没有直接跳到复杂的算法,而是先铺垫了离散化、采样定理这些基础概念,这让我能够很好地理解为什么需要离散控制,以及它与连续控制之间的根本区别。书中对Z变换的讲解,清晰明了,将复杂的数学运算变得易于理解,并且通过很多实例展示了如何利用Z变换来分析离散系统的动态特性。更令我惊喜的是,书中对状态空间法在离散系统中的应用做了详尽的介绍,这对于理解和设计复杂的、多输入多输出的控制系统至关重要。它不仅让我们能够从系统内部状态的角度去审视系统,还为状态反馈、能观性、能控性等概念提供了扎实的理论基础。书中还涉及了一些现代控制理论的初步概念,比如最优控制和模型预测控制,虽然篇幅不长,但足以让我窥见控制工程的前沿发展方向,并激发我去深入探索这些更高级的主题。这本书让我意识到,离散控制系统在数字时代的应用是多么广泛,从嵌入式系统到通信网络,无处不在,而这本书则为我提供了一把理解和驾驭这些系统的钥匙。

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