Feedback Control of Computing Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:Hellerstein, Joseph; Tilbury, Dawn M.; Parekh, Sujay

出品人:

页数:456

译者:

出版时间:2004-8

价格:204.00元

装帧:

isbn号码:9780471266372

丛书系列:

图书标签:

• 计算机
• 自适应软件
• 数学
• 控制论
• 反馈
• 专业参考书
• 控制理论
• 反馈控制
• 计算系统
• 计算机工程
• 自动化
• 系统控制
• 控制系统
• 数字控制
• 嵌入式系统
• 实时系统

《系统响应与优化：工程控制理论的实践应用》 内容简介 在现代工程设计与运行的复杂世界里，对系统性能的精准把握与持续优化是至关重要的。无论是在航空航天领域追求极致的飞行稳定，在工业自动化中确保生产流程的丝滑顺畅，还是在能源领域寻求高效可靠的电力供应，抑或是面向通信网络和机器人技术的动态响应，对系统行为的深入理解和有效控制都构成了核心挑战。《系统响应与优化：工程控制理论的实践应用》一书，正是聚焦于这一核心需求，系统性地阐述了工程控制理论的基石，并将其转化为一套切实可行的实践方法论，旨在为读者提供一套强大的分析工具和设计框架，以应对各种工程系统在面对扰动和变化时所展现出的复杂动态行为。 本书并非仅仅停留在理论的抽象层面，而是以“工程实践”为导向，强调将控制理论的精髓转化为解决实际工程问题的方法。它深入探讨了如何理解一个系统的动态特性，如何预测其在不同输入和环境下的响应，以及如何设计出能够主动影响系统行为，使其达到预期性能目标的控制器。全书贯穿了“模型-分析-设计-实现”这一工程迭代的核心流程，为读者构建起一套完整的工程控制知识体系。 第一部分：系统建模与动态特性分析 在进行任何有效的控制之前，我们必须对被控对象有一个清晰的认识。本书的开篇，便致力于教会读者如何构建准确而实用的系统模型。这包括了从基本的物理原理出发，推导出描述系统动态行为的数学方程，例如微分方程、差分方程等。本书将详细介绍如何根据系统的物理结构、能量守恒定律以及输入输出关系，系统地建立起线性时不变（LTI）系统的状态空间模型和传递函数模型。对于非线性系统，本书也提供了必要的建模思路和近似方法，例如使用泰勒展开进行局部线性化，以便在一定工作范围内应用线性控制技术。 模型建立之后，便是对系统动态特性的深入分析。本书将引导读者理解诸如系统的稳定性（即使系统受到扰动，其状态最终能否恢复到平衡点）、暂态响应（系统从初始状态过渡到最终状态的时间、超调量、振荡频率等）以及稳态响应（系统在长时间运行后趋于的最终状态）等关键性能指标。通过对系统极点、零点位置的分析，以及波特图、奈奎斯特图等频率响应分析工具的应用，读者将能够直观地理解系统的固有动态特性，预测其可能出现的行为模式，并识别出潜在的性能瓶颈。 第二部分：控制器设计理论与方法 在充分理解了被控系统的动态特性后，本书便进入了核心的控制器设计部分。本书将系统地介绍各种经典的以及现代的控制器设计方法，并强调它们各自的适用场景和优缺点。 PID 控制器设计： 作为最广泛应用的控制器类型，比例-积分-微分（PID）控制器因其结构简单、易于理解和实现而被誉为“万能”控制器。本书将详细讲解P、I、D三个参数的物理意义，以及它们如何分别影响系统的响应速度、消除稳态误差和抑制振荡。书中将介绍多种PID参数整定方法，包括经验调优法（如Ziegler-Nichols法）、基于模型的方法（如内模控制PID）、以及利用频率响应分析进行整定的方法，帮助读者根据具体系统和性能要求，设计出性能优越的PID控制器。 状态反馈控制： 对于能够获取系统所有状态变量的系统，状态反馈控制提供了一种更为强大的控制手段。本书将深入讲解如何设计状态反馈增益矩阵，以任意配置系统闭环极点，从而实现对系统动态特性的精确控制，例如提升响应速度、改善稳定性、甚至实现系统零稳态误差。书中的内容还将涵盖可观测性与可控性的概念，以及它们在状态反馈设计中的重要性。 观测器设计： 在许多实际系统中，并非所有状态变量都能直接测量。本书将介绍状态观测器的概念，包括Luenberger观测器等，用于根据系统的输入和输出信号来估计系统的内部状态。读者将学习如何设计观测器增益，以确保观测器能够快速准确地估计真实状态，从而使得基于状态观测器的控制策略得以有效实施。 现代控制理论： 除了经典控制方法，本书还将引入现代控制理论的强大工具。例如，线性二次调节器（LQR），它能够在满足二次型性能指标（权衡状态偏差和控制律代价）的前提下，提供最优的状态反馈增益。此外，本书还将探讨模型预测控制（MPC）的基本原理，这是一种先进的控制策略，它利用系统的动态模型，在每个控制周期内预测未来的系统行为，并求解一个优化问题来确定最优的控制输入序列，特别适用于具有约束条件和复杂动态的系统。 第三部分：系统性能评估与鲁棒性分析 控制器设计完成后，系统的性能评估和对外部扰动的鲁棒性分析是确保系统可靠运行的关键。本书将指导读者如何从多个维度评估闭环系统的性能。 性能指标量化： 除了前述的稳定性、暂态和稳态响应指标，本书还将介绍更量化的性能指标，如单位阶跃响应的上升时间、峰值时间、超调量、调节时间，以及单位脉冲响应的衰减速率等。这些指标为系统性能的客观评价提供了标准。 频率域分析： 频率域分析工具，如增益裕度和相裕度，被用来量化系统抵抗增益和相位不确定性（例如传感器噪声、执行器非线性或模型误差）的能力。本书将详细阐述如何通过波特图和根轨迹图来分析和评估这些裕度，并指导读者如何通过调整控制器参数来改善系统的鲁棒性。 时域鲁棒性分析： 对于时域的扰动，如外部阶跃输入、噪声干扰等，本书将讨论如何通过仿真和分析来评估系统在这些扰动下的响应，并设计能够减小扰动影响的控制器。 系统辨识与模型修正： 在实际应用中，系统模型可能随时间发生漂移或变化。本书还将触及系统辨识的基本概念，即如何利用实验数据来估计或修正系统的模型参数，以确保控制器在系统参数变化后仍能保持良好的性能。 第四部分：工程实践与应用案例 理论的最终价值体现在实践中。本书的最后一部分，将重点关注将所学的控制理论应用于实际工程问题，并通过丰富的案例研究来巩固读者的理解。 控制系统实现： 本书将讨论控制器的硬件和软件实现问题，包括数字控制器的采样周期选择、量化误差、数字滤波器设计等。对于嵌入式系统，还将涉及实时操作系统和代码优化等相关内容。 案例研究： 书中将呈现多个跨学科的案例研究，例如： 机器人手臂的轨迹跟踪控制： 如何设计控制器使机器人手臂能够精确跟随预设的运动轨迹，并抵抗外部载荷的变化。 无人机的姿态稳定与导航控制： 如何设计复杂的控制系统，使无人机在风扰下保持稳定，并按照导航指令飞行。 工业过程的温度与压力控制： 如何设计先进的控制器，以维持化学反应过程中的关键参数在设定值附近，提高产品质量和生产效率。 电动机的转速与位置控制： 如何设计高性能的电机控制器，以实现精确的转速调节和位置定位，广泛应用于自动化设备。 通过这些案例，读者将能够看到理论如何被转化为解决实际问题的强大工具，并学习到在不同工程领域中控制系统设计的共性与特性。 本书特色 《系统响应与优化：工程控制理论的实践应用》最大的特色在于其理论与实践的紧密结合。本书不仅提供了坚实的理论基础，更注重传授实际的设计方法和分析技巧。书中大量采用图示、表格和清晰的数学推导，力求将复杂的概念变得易于理解。此外，本书通过丰富的工程实例和模拟示例，使读者能够直观地感受控制理论在实际系统中的作用。本书的语言风格严谨而不失生动，旨在激发读者对控制工程的兴趣，并使其具备独立分析和解决复杂系统控制问题的能力。 本书的目标读者包括但不限于：自动化、电气工程、机械工程、航空航天、计算机工程等相关专业的本科生、研究生，以及在工业界从事系统设计、自动化控制、嵌入式系统开发等工作的工程师。通过研读本书，读者将能够为复杂工程系统的设计、优化和故障诊断打下坚实的基础，并为应对日益智能化和网络化的未来工程挑战做好充分准备。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构布局简直是一次精心的编排，它像一部精心制作的交响乐，从基础的和声开始，逐步引入复杂的对位和变奏。我特别欣赏作者在每一章末尾设置的“工程挑战”部分。这些挑战不仅仅是简单的习题，它们往往是业界内真实发生过的、需要多学科知识交叉才能解决的难题。比如，在介绍鲁棒控制时，作者没有直接抛出H无穷范的数学工具，而是先描述了一个由于传感器漂移导致性能急剧下降的案例，然后引出需要一个能够对外部干扰具有强抗性的控制器。这种“问题驱动”的学习路径，极大地激发了我的好奇心和解决问题的欲望。更重要的是，这本书的参考文献列表非常权威且具有前瞻性，它引导读者去探索那些尚未被主流教材吸收的前沿研究，让你始终站在技术浪潮的最前沿。对于希望将控制理论作为研究方向的博士生而言，这本书不仅是教材，更像是一份高质量的研究路线图。它让你明白，控制理论绝不是一门“完成”的学科，而是一片充满活力和未知可能性的疆域。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，初次接触这本书时，我的期望值并没有那么高，总觉得控制理论这块的内容已经被写得非常成熟了，能有什么新意？然而，接下来的阅读体验完全颠覆了我的看法。这本书最令人称道之处，在于它对非线性系统和数字实现的深刻见解。它没有沉湎于经典的线性化处理，而是勇敢地深入到由时滞、饱和以及量化误差构成的真实数字控制世界。特别是对于离散时间系统的建模部分，作者巧妙地引入了状态空间方法，但其重点聚焦于如何在有限的计算资源下实现最优的采样率和量化精度，这在理论文献中是相当少见的细致讨论。更别提关于自适应控制和模型参考控制的章节，作者用一种近乎诗意的笔触描述了系统如何通过不断地“观察-学习-调整”来逼近理想模型，这种动态的、不断进化的视角，远比静态的反馈设计要迷人得多。读完后，我感觉自己对实时嵌入式系统中控制算法的部署有了更深层次的理解，那种“控制之美”在于与物理世界的持续博弈和妥协，这本书将这种美学展现得淋漓尽致。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是打开了我对系统工程理解的一扇全新的大门。当我第一次翻开它时，我就被作者那种深入浅出、层层递进的叙述方式所吸引。它不像我过去读过的那些教科书，充满了晦涩难懂的数学公式和生硬的理论堆砌。相反，作者似乎非常懂得如何与读者“对话”，用非常直观的例子来阐释复杂的反馈机制。比如，它对PID控制器的介绍，绝不仅仅是停留在公式层面，而是详细剖析了P、I、D三个参数在实际应用中对系统响应的细微影响，甚至通过模拟场景展示了过度调节和响应迟滞的后果。我印象特别深刻的是关于鲁棒性和稳定性的章节，作者没有简单地给出Lyapunov函数等传统分析方法，而是花了大量篇幅讨论了在不确定性环境中，如何设计出具有弹性、能够自我修正的控制策略。这种强调实际工程应用和系统健壮性的视角，让我感觉这本书真正抓住了现代复杂系统设计中最核心的痛点。它提供的不仅仅是知识，更是一种解决实际问题的思维框架。对于任何一个希望从理论走向实践的工程师来说，这本书的价值是无可估量的，它教会我的，是如何在“失控”的边缘寻找“平衡”的艺术。

评分☆☆☆☆☆

我曾尝试阅读过几本国际上享有盛誉的控制系统专著，但往往在进入中后期就会感到力不从心，因为它们对应用背景的铺垫不足，导致理论知识显得空中楼阁。然而，这本书的叙述脉络却异常清晰，它似乎天然地知道读者在哪里会感到困惑，并提前准备好了“拐杖”。它在引入状态估计（如卡尔曼滤波）时，并不是直接给出复杂的矩阵方程，而是先通过一个生动的导航定位场景，解释了为什么只依赖于模型的预测和仅依赖于测量的观测都是不可靠的，从而自然而然地引出了融合估计的必要性。这种“先场景、后理论”的教学法，极大地降低了学习曲线的陡峭程度。此外，作者对MATLAB/Simulink环境下的仿真和验证给予了极大的重视，提供了大量可运行的代码片段，这对于我们这些需要快速原型验证的工程师来说，简直是黄金级别的资源。这本书真正做到了理论的严谨与工程的实用性之间的完美平衡，它让你在掌握精妙数学工具的同时，也清晰地知道这些工具在真实世界中的局限性和最佳使用场景。它是我书架上那本被翻阅次数最多、书页边缘标注最多的“工具书”。

评分☆☆☆☆☆

与其他控制类书籍相比，这本书最让我感到惊喜的是它对“系统思维”的培养。作者在全书的论述中，始终强调控制回路不仅仅是控制器和被控对象，它还深深植根于传感器、执行器、通信延迟甚至操作员的认知模型之中。有一章专门讨论了网络化控制系统的延迟和丢包问题，作者没有仅仅将其视为一个数学上的不确定性项，而是将其上升到了系统架构层面去考量。例如，如何设计一个容错的采样策略，使得在网络拥堵时，系统的整体性能下降是渐进的而非突变的，这才是真正高明的工程设计。这种宏观的视角，让我开始跳出纯粹的传递函数或状态空间模型，去思考整个闭环系统的生命周期和集成复杂性。这本书的叙事节奏非常沉稳，没有故作高深或哗众取宠，它以一种近乎哲学家的沉思方式，探讨了在有限世界中实现无限精确控制的内在矛盾与和谐。我感觉自己不只是在学习如何设计控制器，更是在学习如何以一种负责任的态度去构建和管理一个相互连接的复杂实体。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆