电路分析及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:263

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出版时间:2009-8

价格:28.00元

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isbn号码:9787561831809

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现代控制理论基础 作者： 史密斯, J. R. 出版社： 工业科学出版社 出版年份： 2022年 --- 内容简介： 本书旨在为读者提供一个深入且全面的现代控制理论框架，侧重于线性、时不变（LTI）系统的分析、综合与实际应用。它不仅涵盖了经典控制理论中的基本概念，更着重于状态空间方法的严谨性、一致性与强大的系统描述能力，为理解复杂动态系统的行为和设计高性能控制器奠定了坚实的基础。全书结构清晰，逻辑递进，理论推导详实，并通过大量精心挑选的工程实例，展现了理论与实践的紧密结合。 第一部分：系统动力学与状态空间描述 本书开篇即引入了动态系统的基本概念，并迅速过渡到现代控制理论的核心工具——状态空间表示法。 1. 动态系统的建模基础： 首先回顾了微分方程在描述物理系统中的作用，并详细阐述了如何将机电、热力学等物理过程，通过一阶常微分方程组进行标准化描述。 2. 状态空间模型的建立： 详细介绍了状态向量、输入向量和输出向量的定义。核心内容在于系统的标准形式转换，包括可控规范形（Controllable Canonical Form, CCF）和可观性规范形（Observable Canonical Form, OCF），这些规范形对于后续的理论分析至关重要。重点讨论了如何从传递函数模型反推出状态空间模型，以及不同状态空间表示之间的相似变换理论，强调了状态空间表示的唯一性和选择的灵活性。 3. 时不变线性系统的基本性质分析： 深入探讨了系统的可控性（Controllability）和可观性（Observability）。可控性分析采用了著名的卡尔曼（Kalman）判据，解释了系统状态是否能被任意输入驱动到任意状态。可观性分析则侧重于如何仅通过系统的输出信息来完全确定系统的内部状态，利用了可观性矩阵。书中提供了大量的图形化解释和算例，以帮助读者直观理解这两个核心概念的物理意义。 4. 系统的解与稳定性： 系统时间的行为分析是本部分的高潮。详细推导了状态转移矩阵 ($Phi(t)$) 的解析表达式及其性质，并讨论了使用拉普拉斯变换求解齐次和非齐次状态方程的方法。在稳定性方面，本书严格遵循李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性理论，特别是对线性系统的指数稳定性进行了严格的证明。通过特征值分析（即系统的极点位置）与李雅普诺夫函数的构建相结合，全面评估了系统的渐近稳定性和有界稳定性。 --- 第二部分：状态反馈控制设计 本部分将理论分析转化为实际的控制器设计方法，核心在于利用状态反馈来重构系统的动态性能。 5. 反馈极点配置（Pole Placement）： 这是状态反馈设计的基础。基于系统的可控性，本书详细阐述了如何设计一个状态反馈增益矩阵 $K$，使得闭环系统的特征值（极点）能够被放置在复平面上期望的位置，从而实现预期的瞬态响应特性（如超调量、建立时间等）。设计过程采用 Ackermann 公式和基于特征多项式的匹配方法，并探讨了在无法完全测量所有状态时，如何通过扩展到输出反馈进行近似设计。 6. 状态观测器设计（State Observer）： 鉴于实际工程中状态变量往往无法直接测量，状态观测器的设计变得不可或缺。本书全面介绍了卢恩伯格（Luenberger）观测器的设计原理。通过引入误差反馈机制，设计一个与原系统并联的观测器，使其输出的估计误差渐近收敛于零。观测器的设计依赖于原系统的可观性，并展示了如何利用可观性矩阵来确定观测器增益 $L$。 7. 最小阶观测器与数据滤波： 针对需要更低计算资源或更高实时性的应用，本书引入了最小阶观测器（Minimum Order Observer）的概念，并将其与卡尔曼滤波的思想进行了初步的联系，解释了其在某些特定结构系统中的优势。 8. 复合控制律：状态反馈与观测器结合： 阐述了如何将状态反馈控制器和状态观测器结合起来形成一个完整的闭环控制系统，即著名的分离原理（Separation Principle）。详细分析了当系统状态由观测器估计值替代时，闭环系统的稳定性和性能如何保持不变，这是现代控制工程中的一个关键成果。 --- 第三部分：最优控制与卡尔曼滤波 本部分提升了控制设计的层次，从“使系统稳定”转向“在约束下实现最佳性能”，并引入了随机系统的最优估计方法。 9. 线性二次型调节器（LQR）： LQR 是最优控制的核心。本书系统地介绍了如何构建二次型性能指标函数（包括状态误差和控制输入的加权成本），并推导了求解最优状态反馈增益 $K_{LQR}$ 的代数黎卡提方程（Algebraic Riccati Equation, ARE）。强调了 $Q$ 和 $R$ 矩阵的选择对控制性能和控制能量消耗之间的权衡至关重要。 10. 离散时间系统的处理： 鉴于现代数字控制器和计算机的应用，本书专门辟章详细讨论了连续时间系统到离散时间系统的转换方法（如零阶保持器法），并给出了离散时间LQR (DLQR) 的设计步骤和对应的差分黎卡提方程（DRE）的求解。 11. 卡尔曼滤波（Kalman Filtering）： 针对系统和测量中存在随机噪声的情况，本书引入了随机过程理论的基础知识，详细推导了卡尔曼滤波的预测和更新方程。卡尔曼滤波器被定位为最优线性无偏估计器，它不仅考虑了系统动态，还充分利用了过程噪声协方差 $Q$ 和测量噪声协方差 $R$ 来优化状态估计的精度。 12. 滤波与控制的结合（LQG）： 最后，本书整合了LQR控制和卡尔曼滤波，形成了线性二次高斯（Linear Quadratic Gaussian, LQG）控制框架。根据分离原理的扩展，LQG控制器由最优状态估计器（卡尔曼滤波器）和最优状态反馈控制器（LQR）组成，是处理随机系统扰动的强大工具。 --- 适用对象： 本书适合于电子工程、自动化、机械工程、航空航天工程等专业的高年级本科生、研究生，以及希望系统学习和应用现代控制理论的工程技术人员。读者需要具备一定的线性代数、微积分和复变函数（拉普拉斯变换）的基础知识。 本书特点： 严谨的数学基础： 所有核心定理均提供详细的推导过程，确保理论的可靠性。 清晰的结构划分： 从建模、分析到综合，再到最优设计，层次分明。 丰富的工程实例： 贯穿始终的示例（如倒立摆、伺服系统）帮助读者将抽象概念与实际问题联系起来。 强调矩阵分析： 大量使用矩阵运算来描述和解决复杂的系统问题。

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这本书真的让我耳目一新！我本来以为会是一本枯燥乏味、充斥着各种公式和推导的教科书，但实际阅读下来，它的叙述方式却非常生动有趣。作者似乎非常懂得如何抓住读者的兴趣点，用很多贴近生活的例子来解释抽象的电路概念。比如，在讲解电流和电压时，作者并没有直接丢出定义，而是用“水流”和“压力”的比喻，让我一下子就明白了其中的原理。而且，书中的插图也非常精美，每一幅图都恰到好处地辅助了文字的讲解，让我更容易理解复杂的电路结构和信号流向。我尤其喜欢作者在讲解一些经典电路时，会回顾其历史背景和发明者的故事，这让原本枯燥的技术知识变得鲜活起来。读这本书，就像是在听一位经验丰富的老师在娓娓道来，既有深度又不失趣味性。我感觉自己不再是被动地接受知识，而是主动地参与到学习的过程中，甚至会因为书中某些巧妙的设计而产生“原来还可以这样！”的惊叹。这本书让我对电学产生了浓厚的兴趣，也让我更加渴望去探索更多关于电路的奥秘。

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坦白说，这本书的理论深度着实不浅。我本来是抱着学习一些基础电路知识的心态去读的，但很快就被书中严谨的数学推导和对各种理论细节的深入剖析所震撼。作者在讲解每一个公式的推导过程时，都力求严谨，并且会详细解释每一步的逻辑依据，这对于我这种喜欢刨根问底的读者来说，简直是福音。书中对一些高级分析方法，如傅里叶级数、拉普拉斯变换在电路分析中的应用，都有非常详细的阐述，虽然有些地方需要反复阅读和思考，甚至需要借助一些额外的资料来辅助理解，但这种挑战也正是学习的乐趣所在。我感觉自己像是在攀登一座知识的高峰，每攻克一个难点，都能获得巨大的成就感。这本书的知识体系非常完整，从基础理论到进阶应用，几乎涵盖了电路分析的各个方面。我已经能够感受到，通过这本书的学习，我的电路分析能力得到了显著的提升，能够更自信地面对各种复杂的电路问题。

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说实话，刚拿到这本书时，我并没有抱太高的期望，毕竟电路分析这类内容，通常都比较偏理论，我担心会过于晦涩难懂。但是，翻开之后，我的看法完全改变了。这本书的语言风格非常朴实，没有那些华丽辞藻，但每一个字都直击要点。作者善于使用简洁明了的方式来解释复杂的问题，而且在阐述原理时，非常注重逻辑的连贯性，让你能清晰地看到知识点之间的联系。书中不仅包含了丰富的理论知识，还穿插了大量的例题和习题，而且这些例题的难度适中，并且都附带了详细的解题步骤和思路，这对于我这种需要通过大量练习来巩固知识的学习者来说，简直是太及时了。我特别喜欢那些“关键点提示”和“常见误区”之类的栏目，这些内容往往能帮助我避开弯路，更有效地掌握知识。这本书让我感觉学习过程非常顺畅，仿佛在一位循循善诱的老师的引导下，一步步走进了电路分析的殿堂。

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这本书的封面设计简洁大气，纯色的背景搭配烫金的书名，透着一股严谨的学术气息。我当初选择它，很大程度上是被这种专业感所吸引，同时也希望它能成为我深入理解电学世界的入门砖。拿到实体书的那一刻，它的分量就让我觉得内容一定非常充实。翻开扉页，厚实的纸张和清晰的排版让人赏心悦目，尽管尚未深入阅读，但这种良好的阅读体验已经让我对接下来的学习充满了期待。我期望这本书能够系统地介绍电路分析的基本原理，从最基础的欧姆定律、基尔霍夫定律开始，一步步引申到更复杂的网路分析方法，例如节点电压法、网孔电流法等。同时，我也希望能看到它在应用层面给出足够的篇幅，比如在模拟电路、数字电路设计中的实际案例，甚至是一些更前沿的领域，如开关电源、通信电路中的应用。我希望能通过这本书，不仅掌握理论知识，更能将其与实际工程问题相结合，培养解决实际电路故障和设计新电路的能力。当然，我也明白电路分析的理论知识可能比较抽象，但我相信一本优秀的教材能够通过清晰的图示、生动的语言和循序渐进的讲解，将这些复杂的概念变得易于理解。我迫不及待地想翻开第一章，开始我的电学探索之旅。

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这本书的实践性是我最看重的一点。很多电路分析的书籍，虽然理论讲得头头是道，但到了实际应用环节就显得力不从心。这本书在这方面做得非常出色，它不仅讲解了电路的基本原理，更重要的是，它通过大量的工程实例，展示了这些原理是如何在实际的电子设备中得到应用的。书中对各种常见电子元件（如电阻、电容、电感、二极管、三极管、运算放大器等）的工作原理和应用场景都有详细的介绍，并且结合实际电路图，讲解了如何根据需求选择合适的元件，如何设计和搭建电路。我特别欣赏书中提供的那些“实际操作指南”和“故障排除技巧”，这让我感觉自己不仅仅是在学习理论，更是在学习如何成为一名真正的工程师。我已经迫不及待地想去实验室，将书中学到的知识付诸实践，去搭建一些简单的电路，去验证书中的理论，去解决实际工程中遇到的问题。

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