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出版者:

作者:谢仕宏

出品人:

页数:426

译者:

出版时间:2009-1

价格:45.00元

装帧:

isbn号码:9787122039156

丛书系列:

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• R2008控制系统动态仿真实例教程
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《现代控制理论原理与应用》 本书是一部系统阐述现代控制理论核心概念、数学模型、分析方法和设计技术的专著。内容涵盖了从经典控制理论向现代控制理论的理论过渡，深入剖析了状态空间法的优势及其在复杂系统建模和分析中的应用。 第一部分：现代控制理论基础 状态空间方法： 本部分将详细介绍状态空间表示法，包括连续时间和离散时间系统的建模。我们将从基本概念入手，讲解如何利用状态变量来描述系统的内部动态，并推导出输入-状态-输出方程。此外，还会探讨不同状态变量表示之间的变换，如相似变换，以及它对系统分析的影响。 系统性质分析： 重点在于对线性定常（LTI）系统的基本性质进行深入分析。包括可控性与可观测性，这两个是现代控制理论中至关重要的概念，直接关系到系统状态是否能够被外界影响和系统内部状态是否能够被测量。我们将通过代数判据和几何判据来判断系统的可控性和可观测性，并阐述它们在控制器设计和状态估计中的作用。 稳定性理论： 稳定性是控制系统设计的基本要求。本书将详细介绍李雅普诺夫稳定性理论，包括直接法和间接法。我们将分析系统的平衡点，并利用李雅普诺夫函数来判断系统的稳定性，涵盖渐近稳定性、一致稳定性等概念。同时，还会讨论线性系统的特征值与稳定性之间的关系，以及如何处理非线性系统的稳定性问题。 第二部分：现代控制系统设计 状态反馈控制： 本部分将聚焦于状态反馈控制器的设计。我们将详细讲解如何利用极点配置技术，通过状态反馈来任意配置闭环系统的极点位置，从而达到期望的动态响应。书中会给出不同情况下极点配置的算法和实例，并探讨状态反馈增益矩阵的设计方法。 状态观测器设计： 在许多实际应用中，并非所有状态变量都能直接测量。因此，状态观测器的设计变得尤为重要。本书将介绍状态观测器的基本原理，包括李雅普诺夫观测器和卡尔曼滤波器。我们将推导观测器方程，并分析观测器增益的设计，使其能够快速准确地估计出系统的状态。 线性二次型调节器（LQR）： LQR是一种最优控制方法，旨在最小化一个二次型性能指标。本书将详细介绍LQR的设计原理，包括性能指标的选取、黎卡提方程的求解以及最优反馈增益的计算。我们将展示LQR在权衡系统性能和控制能量消耗方面的优势。 离散时间系统控制： 考虑到数字控制器在现代系统中的广泛应用，本书将专门辟出章节探讨离散时间系统的控制。我们将介绍离散时间状态空间方程的表示、离散系统的稳定性分析，以及离散时间下的极点配置和最优控制设计。 第三部分：高级控制主题与应用 鲁棒控制： 实际系统往往存在参数不确定性和外部扰动。鲁棒控制旨在设计能够容忍这些不确定性并保持良好性能的控制器。本书将介绍不确定性系统的建模方法，以及基于H∞范数和μ分析的鲁棒控制设计技术。 模型预测控制（MPC）： MPC是一种先进的控制策略，它利用系统的动态模型来预测未来的行为，并根据预测结果计算最优的控制序列。本书将阐述MPC的基本原理，包括滚动优化、约束处理以及模型误差的补偿。 系统辨识： 在许多情况下，精确的系统模型不易获得。系统辨识技术旨在从输入-输出数据中估计系统的模型参数。本书将介绍常用的系统辨识方法，如最小二乘法、最大似然法以及基于神经网络的辨识技术。 典型应用实例： 为了帮助读者更好地理解理论知识，本书将提供多个不同领域的典型应用实例，例如飞行器姿态控制、机器人路径跟踪、电力系统稳定性控制以及化工过程的自动控制等。通过对这些案例的分析，读者可以更直观地感受到现代控制理论在解决实际工程问题中的强大能力。 本书的编写力求理论严谨，讲解清晰，辅以丰富的例题和习题，旨在帮助读者建立扎实的现代控制理论基础，掌握常用的控制系统设计方法，并为进一步学习和研究更高级的控制理论打下坚实的基础。本书适合高等院校自动化、电气工程、机械工程、航空航天等相关专业的高年级本科生、研究生以及从事控制系统设计与工程实践的专业技术人员阅读。

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坦率地说，初次翻开这本书时，我有些担心内容会过于陈旧。毕竟控制理论的工具和算法在不断发展，R2008在今天看来确实有些年头了。然而，深入阅读后发现，本书的价值恰恰在于其对基础理论的扎实构建。控制系统的核心原理——无论是经典的频率响应分析，还是现代控制理论中的可控性、可观性——其数学本质是恒久不变的。这本书的妙处在于，它选择了一套稳定且经典的案例库，让你专注于理解“为什么”要进行这种仿真，而不是被最新的工具箱特性分散注意力。例如，书中讲解如何利用Simulink搭建一个经典的二阶系统，并观察不同阻尼比对系统瞬态响应的影响时，其逻辑链条非常清晰。它没有使用那些过于花哨的新版工具箱功能，反而迫使读者去思考如何用最核心的模块去实现复杂的控制策略。这对我理解控制系统的底层逻辑非常有帮助，它教会了我如何“思考”控制问题，而不是仅仅依赖软件的“一键式”解决方案。对于希望打下坚实基础的自学者而言，这种“去芜存菁”的教学方法是极其宝贵的，它强调的是原理的深刻理解。

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这本关于MATLAB R2008控制系统动态仿真的实例教程，确实为我打开了一扇理解复杂系统建模与分析的窗口。我最初接触控制理论时，感觉那些抽象的数学公式和系统框图总是难以落地，尤其是在实际工程应用中，如何将理论转化为可运行的仿真模型，一直是我的痛点。这本书的优势在于，它并没有停留在对MATLAB基本操作的冗长介绍上，而是直接切入了控制系统仿真的核心环节。作者似乎深谙初学者在面对庞大软件界面时的无措感，所以书中每一个实例都设计得循序渐进，从最基础的传递函数建立，到复杂的非线性系统的状态空间表示，都有详尽的步骤指导。尤其让我印象深刻的是，它对R2008版本的特定功能和用户界面的把握非常到位，对于像我这样还在使用旧版本软件进行学习的人来说，这提供了极大的便利，避免了版本不兼容带来的挫败感。通过书中对PID控制器、根轨迹分析以及时域响应观察的实例操练，我终于能将教科书上的概念与屏幕上实时变化的波形联系起来，这种直观的反馈机制，是任何纯理论书籍都无法比拟的体验。它不仅仅是教你怎么操作软件，更是在潜移默化中培养你对系统动态特性的直觉判断能力。

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从排版和图文配合的角度来看，这本书的质量是相当令人满意的，特别是考虑到其出版年代。在那个时代，彩色印刷成本较高，很多技术书籍的截图往往模糊不清，影响阅读体验。然而，这本教程的截图清晰度很高，关键的菜单选项和参数设置框都能一目了然。我特别欣赏作者在步骤说明中频繁使用的加粗和编号格式，这使得在进行实际操作时，眼睛可以快速定位到当前需要执行的关键命令或点击的按钮上，大大减少了操作中的停顿和回溯。此外，书中在介绍完一个完整的仿真流程后，通常会附带一个“小结与拓展”的部分。这个部分虽然篇幅不长，但往往会指出该方法的一些局限性，或者引导读者思考如何将当前案例扩展到更复杂的情景，比如引入噪声干扰或时间延迟。这种前瞻性的引导，让这本书不仅仅停留在对既有知识点的复述上，更激发了读者进行自我探索的欲望，让整个学习过程充满了主动性和发现的乐趣。

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我发现，很多控制系统教程在讲解离散化或数字控制时，往往会陷入离散时间系统的理论泥潭，让读者感到困惑，不知道如何将连续时间系统无缝过渡到数字实现。而这本R2008实例教程在处理这个问题时展现出一种务实的工程视角。它没有过度纠缠于Z变换的复杂推导，而是将重点放在了如何在Simulink中利用离散模块和采样时间设置，来模拟和验证数字控制器在实际采样环境下的表现。书中关于如何设置仿真步长与系统特性之间的关系，以及如何观察量化误差对控制性能的影响的案例，非常贴合实际的嵌入式系统开发需求。它让你明白，在实际数字系统中，我们面对的并非理想的连续世界，而是一个“步进式”的近似过程。通过这些具体的仿真练习，我清晰地认识到，在将理论模型转化为可以在微控制器上运行的代码之前，必须先通过软件仿真来预判采样率和计算延迟带来的性能衰减。这本书在“仿真”与“实现”之间的桥梁搭建上，做得比我预期的要坚实得多。

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这本书的叙事风格非常务实，几乎没有多余的“废话”，这一点深得我心。我是一个非常注重效率的学习者，如果一本书要用三页篇幅来铺垫一个概念，我可能会直接跳过理论部分去看代码实现。但这本教程的编排逻辑似乎就是为了迎合这种实用主义的学习者。每一个章节的展开都紧密围绕着一个具体的工程问题，比如某个机械臂的定位误差，或者某个电机速度的超调问题。然后，作者会迅速引导读者进入MATLAB环境，展示如何构建相应的数学模型，紧接着就是关键的仿真步骤。令人称道的是，书中对于仿真结果的解读部分做得尤为出色。它不仅仅展示了图形，更重要的是，它会对比不同控制参数下的波形差异，并用简洁的语言解释这些差异背后的物理意义——“当增益K增大时，响应速度提高，但稳态误差没有改变，却引入了更大的振荡。”这种直接的因果对应，极大地加速了我将理论知识转化为工程实践的认知速度。对于那些希望快速上手、解决实际问题的工程师或学生来说，这种高度浓缩的实例教学法效率极高。

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很不错，通俗易懂，代码附注详细

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