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出版者:上海第二军医大学

作者:孙金海[等]主编

出品人:

页数:348

译者:

出版时间:2008-2

价格:48.00元

装帧:

isbn号码:9787810608060

丛书系列:

图书标签:

• 社会医学
• 预防医学
• 公共卫生
• 流行病学
• 健康促进
• 医学社会学
• 卫生经济学
• 医疗政策
• 疾病控制
• 健康管理

好的，这是一本关于复杂系统动力学与非线性控制的图书简介，旨在深入探讨工程、物理乃至生物系统中的涌现现象与精确调控方法，完全不涉及社会医学领域的内容。 --- 复杂系统动力学与非线性控制：从理论基石到前沿应用 内容提要 本书是一部全面、深入探讨复杂系统动力学（Complex System Dynamics）与非线性控制理论（Nonlinear Control Theory）的专业著作。本书超越了传统线性系统分析的局限，聚焦于自然界与工程实践中普遍存在的、由大量相互作用元件构成的系统所展现出的涌现性（Emergence）、混沌行为（Chaotic Behavior）以及结构稳定性（Structural Stability）等核心特征。 全书结构严谨，逻辑递进，从基础的微分方程理论出发，逐步构建起分析和设计复杂非线性系统的数学工具箱，最终将理论应用于高维工程控制、网络化系统同步以及生物物理模型的解析中。 第一部分：非线性动力学基础与分析工具 本部分奠定了理解复杂系统的数学基础，重点关注系统行为的定性分析方法。 第一章：非线性系统的数学描述与相空间分析 详细阐述了非线性常微分方程组的建立与形式化，引入相空间（Phase Space）、轨迹（Trajectory）和流（Flow）的概念。重点分析了低维系统的平衡点（Equilibrium Points）的稳定性分析，包括线性化方法（Linearization）及其局限性。深入讨论了李雅普诺夫稳定性理论（Lyapunov Stability Theory）的构造性方法，特别是直接法在非保守系统中的应用。 第二章：周期轨道与分支理论（Bifurcation Theory） 系统地介绍了周期性行为的产生机制。从极限环（Limit Cycles）的判定开始，逐步深入到霍普夫分支（Hopf Bifurcation）、鞍结分支（Saddle-Node Bifurcation）等经典初等分支。本书特别强调了滞后现象（Hysteresis）在工程系统切换过程中的重要性，并利用范式（Normal Forms）对多参数分支问题进行简化和分类。 第三章：混沌现象的精确刻画 本章是理解复杂性的关键。系统阐述了混沌（Chaos）的三个核心判据：对初始条件的敏感依赖性（蝴蝶效应）、拓扑混合性（Topological Mixing）和稠密周期轨道（Dense Periodic Orbits）。详细介绍了庞加莱截面（Poincaré Sections）作为降维分析复杂流形的方法。引入李雅普诺夫指数（Lyapunov Exponents）作为量化系统发散速率和确定系统是否处于混沌状态的黄金标准，并讨论了分形维数（Fractal Dimension）在描述奇异吸引子结构中的应用。 第二部分：复杂网络动力学与同步理论 本部分将焦点从单体系统转向多体耦合系统，探讨信息如何在相互连接的结构中传递和协调。 第四章：耦合振荡器与网络拓扑结构 基于Kuramoto模型等经典耦合振子模型，探讨大规模系统中同步现象（Synchronization）的集体行为。详细分析了网络拓扑结构（如小世界网络、无标度网络）对同步速度和鲁棒性的影响。引入图论（Graph Theory）的基本概念，如连通性、中心性和模块化，来解释真实世界网络（如电网、互联网）的动态特性。 第五章：分布式一致性与信息传播 聚焦于分布式系统中实现一致性（Consensus）或状态同步（State Synchronization）的控制策略。区别讨论了基于通信拓扑和基于测量反馈的同步方法。详细推导了在有向图和无向图上的收敛性证明，并讨论了时滞（Time Delay）和延迟耦合对系统稳定性的负面影响及应对措施。 第三部分：非线性控制系统设计 本部分侧重于如何利用非线性动力学知识，设计出能够精确控制或抑制复杂系统行为的控制器。 第六章：反馈线性化与坐标变换 介绍微分几何控制理论的核心思想，特别是输入-输出线性化（Input-Output Linearization）和状态反馈线性化（State Feedback Linearization）技术。详细说明了如何通过坐标变换（Coordinate Transformation）将原非线性系统转化为可线性控制的形式，同时探讨了系统的可积性条件（Integrability Conditions）和零动态（Zero Dynamics）的稳定性分析，后者关乎系统在被线性化后内部动态的内在稳定性。 第七章：滑模控制理论（Sliding Mode Control, SMC） 作为处理不确定性和外部扰动鲁棒性控制的强大工具，本书对SMC进行了详尽的介绍。系统地阐述了滑模面（Sliding Surface）的设计原则，并推导了基于Lyapunov函数的切换律。重点分析了标准SMC带来的抖振现象（Chattering），并介绍了诸如超螺旋（Super-Twisting）、积分型滑模等高阶滑模技术来有效抑制抖振，实现精确的有限时间收敛。 第八章：自适应与鲁棒控制在复杂系统中的应用 针对系统参数未知或随时间变化的场景，引入基于模型的自适应控制（Model Reference Adaptive Control, MRAC）和鲁棒控制（如$mathcal{H}_{infty}$控制）的非线性扩展。重点分析了这些控制器在应对外部干扰和模型误差时的稳定性保证，尤其是在高阶非线性机械臂和航空航天姿态控制等领域的实际案例。 目标读者与特色 本书面向控制工程、应用数学、理论物理、电子信息工程等领域的硕士、博士研究生，以及从事先进系统设计与分析的工程师和研究人员。 本书特色： 1. 理论深度与工程实用性的完美结合： 既有严格的数学推导（如微分几何、小波分析在控制中的应用），也有大量经过验证的工程案例（如磁悬浮系统、化学反应器控制）。 2. 强调系统分析的工具箱建设： 读者不仅学到知识，更掌握了分析未建模动力学、处理外部扰动的系统化方法。 3. 前沿聚焦： 包含了对网络化控制系统（Networked Control Systems, NCSs）的专门讨论，这是当前复杂系统控制研究的热点方向。 --- (总字数：约1550字)

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