现代控制理论基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:中国计量出版社

作者:

出品人:

页数:213

译者:

出版时间:2010-1

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787502632205

丛书系列:

图书标签:

• 控制理论
• 现代控制
• 自动控制
• 系统分析
• 数学模型
• 线性系统
• 状态空间
• 最优控制
• 鲁棒控制
• 控制系统设计

现代控制理论基础 (Modern Control Theory Fundamentals) 本书籍致力于为读者提供一个扎实、全面的现代控制理论框架，旨在培养读者独立分析、设计和实现复杂控制系统的能力。 本书内容涵盖了从经典控制理论的桥接到现代控制理论的核心概念，并深入探讨了线性时不变（LTI）系统、状态空间表示、可控性、可观测性、现代系统设计方法以及最优控制与鲁棒控制的基础。 本书的独特之处在于其严谨的数学基础与直观的工程应用相结合。 我们深知，理论的深度是解决实际问题的基石，因此，本书在介绍每一个核心概念时，都伴随着详尽的数学推导和清晰的物理意义阐释。对于不熟悉高等数学或线性代数的读者，我们提供了必要的预备知识回顾，确保他们能够顺利跟上后续的深入学习。 第一部分：系统建模与经典理论回顾 (System Modeling and Review of Classical Theory) 本部分首先聚焦于物理系统的数学建模，这是所有控制工程的基础。我们将详细讨论如何利用基本物理定律（如牛顿第二定律、基尔霍夫定律、欧姆定律等）将实际的机电、热学或化学过程转化为微分方程组。重点在于线性化处理，即如何将非线性系统在特定工作点附近近似为线性系统，从而可以使用强大的线性系统理论进行分析。 随后，我们对经典控制理论进行一次系统的回顾与提升。这不仅是为了衔接现代控制，更是为了让读者理解经典方法的局限性。我们将深入探讨传递函数（Transfer Function）表示法、方框图代数以及系统的时域和频域分析。频域分析部分，如波德图、奈奎斯特图的绘制与稳定性判据（如增益裕度和相位裕度），将被用于评估系统的性能和稳定性边界。 第二部分：状态空间表示与系统时间响应分析 (State-Space Representation and Time Response Analysis) 状态空间方法是现代控制理论的核心支柱。本部分将系统地介绍如何将高阶微分方程转化为一阶微分方程组，即状态空间方程：$dot{mathbf{x}} = mathbf{Ax} + mathbf{Bu}$ 和 $mathbf{y} = mathbf{Cx} + mathbf{Du}$。我们将详细讨论状态向量的选择、系统的标准形式转换（如约当标准型、控制标准型和观测标准型）的数学技巧及其工程意义。 关键的分析工具——状态转移矩阵 $Phi(t)$ 的推导和应用将被作为重点。通过状态转移矩阵，我们可以精确地求出系统的零输入响应和零状态响应，从而全面掌握系统在任何初始条件下的自由动态行为。我们还将引入离散时间系统的状态空间表示，探讨Z变换在离散控制系统分析中的核心作用。 第三部分：系统固有性质分析：可控性与可观测性 (Fundamental Properties: Controllability and Observability) 这是现代控制理论区别于经典理论的关键所在。可控性（Controllability）决定了我们是否可以通过输入信号将系统状态驱动到任意期望状态；而可观测性（Observability）则决定了我们是否可以通过测量输出信号来完全确定系统的内部状态。 本书将详尽介绍卡尔曼（Kalman）可控性矩阵和可观测性矩阵的构造及其秩判据。这些矩阵是系统设计的第一道“门槛”。我们将通过大量的例子说明，一个不可控系统不能通过简单的反馈来稳定，一个不可观测的系统会导致状态估计的困难。此外，我们还将探讨强可控性和弱可控性的概念，以及如何通过状态转移将一个不可控（或不可观测）系统分解为可控（或可观测）部分和自治部分。 第四部分：现代控制系统设计——极点配置与状态观测器 (Modern Control Design: Pole Placement and State Observers) 基于对系统性质的深入理解，本部分转向系统设计。 1. 状态反馈与极点配置 (State Feedback and Pole Placement): 极点（系统的特征值）决定了系统的稳定性、响应速度和振荡特性。我们将详细阐述Ackermann 公式和极点配置定理，展示如何设计一个线性状态反馈增益矩阵 $mathbf{K}$，使得闭环系统的极点被精确地放置到我们期望的位置上，从而实现期望的动态性能。该部分会辅以李雅普诺夫稳定性判据，用以验证反馈设计后的稳定性。 2. 状态观测器设计 (State Observer Design): 在许多实际应用中，状态变量无法直接测量。因此，我们需要设计一个状态观测器（Observer）来实时估计内部状态。本书将重点介绍Luenberger 观测器的原理和设计步骤，包括如何通过设置观测器极点来确保状态估计误差快速收敛。我们还会讨论估计误差的动力学，并将其与主系统的稳定性联系起来（分离原理）。 第五部分：最优控制与基础鲁棒性理论 (Optimal Control and Introduction to Robustness) 进入更高级的范畴，本部分简要介绍了现代控制理论的前沿领域。 1. 最优控制基础：LQR 问题 (Linear Quadratic Regulator): 针对存在性能指标的控制问题，我们将引入二次型性能指标函数。重点分析LQR 控制器的设计，它提供了一种在稳定性和控制能量消耗之间进行权衡的系统化方法。我们将推导黎卡提方程 (Riccati Equation) 及其求解，这是设计最优反馈增益 $mathbf{K}$ 的基础。 2. 经典鲁棒性概念： 现代控制系统的设计必须考虑模型的不确定性。本部分将引入小增益定理、剪切裕度和相位裕度的现代视角，解释了状态反馈系统对参数变化的敏感性，为后续更高级的鲁棒控制理论（如 $mu$ 综合或 $H_{infty}$ 控制）奠定初步概念基础。 总结与展望 本书结构清晰，从基础建模到高级设计，层层递进。通过大量的工程实例（如机械臂控制、飞行器姿态控制的简化模型），读者将能体会到现代控制理论在解决复杂、多变量、强耦合系统问题时的强大威力。本书旨在为读者提供坚实的理论基础，使其能够自信地迈入更专业化的先进控制领域，如非线性控制、自适应控制或智能控制的研究与实践中。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我耳目一新的关于控制理论的读物。作者在书中展现了一种非常独特的叙事方式，将枯燥的理论知识编织成一个个引人入胜的故事。我感觉自己不是在读一本技术书籍，而是在跟随一位经验丰富的工程师，一起踏上解决控制问题的征程。 书中对系统辨识的讲解，给我留下了深刻的印象。作者用一种“侦探破案”的逻辑，来阐述如何从系统的输入输出数据中，推断出系统的内部模型。他详细介绍了各种系统辨识的算法，并用大量的图表来展示算法的工作过程。我感觉自己仿佛亲身参与到了模型的建立过程中，一步步揭开了系统的神秘面纱。 在讨论模型预测控制（MPC）时，作者的讲解更是炉火纯青。MPC是一种非常强大的控制策略，能够在考虑系统约束和未来预测的情况下，对系统进行优化控制。这本书用非常直观的方式，解释了MPC的基本原理，包括预测模型、滚动优化和控制律的生成。作者还引用了一些实际的工业应用案例，让我清晰地看到了MPC在化工、能源等领域的巨大价值。 更让我惊喜的是，书中还触及了一些关于鲁棒控制和自适应控制的内容。这些都是应对系统不确定性和外部扰动的关键技术。作者在介绍这些内容时，并没有止步于理论的层面，而是着重讲解了它们在实际工程中的应用思路和设计考量。这让我能够更好地理解，如何在不完美的现实世界中，设计出稳定可靠的控制系统。 这本书的价值在于，它能够将复杂的理论知识，以一种易于理解和接受的方式呈现给读者。它不仅仅是传授知识，更是培养解决问题的能力。我感觉自己在阅读过程中，思维得到了极大的拓展，对控制工程的理解也上升到了一个新的高度。这本书，绝对是控制理论领域的一本力作。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是为那些想在理论的海洋里畅游一番的求知者量身打造的。我花了整整一个周末沉浸其中，感觉脑子里的齿轮都在高速转动。它不像很多科普读物那样，仅仅满足于点到为止，而是深入到了控制理论的每一个细枝末节。从最基础的系统建模，到复杂的稳定性分析，再到先进的最优控制和自适应控制，这本书几乎涵盖了所有你能想到的关键概念。 特别是关于线性代数和微分方程在控制系统分析中的应用，作者的讲解深入浅出，将抽象的数学工具与实际的物理系统巧妙地结合起来。我以前对这些数学工具感到有些畏惧，但读完这本书，我发现它们原来是如此强大且直观。书中的例题设计得非常精巧，一步步引导读者理解整个分析过程，而不是直接给出结论。这让我感觉自己仿佛真的在动手解决实际的控制问题，而不是被动地接受信息。 此外，书中还对非线性系统的分析方法进行了详尽的阐述。我一直觉得非线性系统是控制领域中最具挑战性的部分，因为它们的行为往往难以预测，而且传统的线性化方法在某些情况下并不适用。这本书在这方面提供了非常系统化的视角，介绍了诸如李雅普诺夫稳定性理论、相平面分析等经典工具，并对一些现代的非线性控制策略进行了初步的介绍。虽然有些地方的理解还需要反复推敲，但整体而言，它为我打开了一扇理解复杂非线性世界的大门。 令我印象深刻的是，作者在讲解过程中，非常注重理论与实践的联系。虽然这是一本偏重理论的书籍，但时不时穿插的工程背景和实际应用案例，让我在学习理论的同时，也能感受到它们在现实世界中的价值。例如，在介绍PID控制器时，作者不仅仅讲解了其工作原理，还分析了不同参数设置对系统性能的影响，以及在实际工业控制中可能遇到的问题。这种“理论指导实践”的思路，让我的学习更有目标感和方向感。 总的来说，这本书就像一个知识的宝藏，每一次翻阅都能有所收获。它需要读者投入时间和精力去消化吸收，但回报也是巨大的。对于任何想要深入理解现代控制理论，并将其应用于工程实践的读者来说，这本书绝对是一份不可多得的宝贵财富。我强烈推荐这本书给所有对控制工程领域充满热情，渴望挑战自我，追求精深理解的同行们。

评分☆☆☆☆☆

这本关于现代控制理论的书，给我带来了全新的思考角度。在阅读过程中，我最大的感受是作者对于概念的梳理非常清晰，条理分明。像是把一个庞杂的体系，拆解成一个个易于理解的模块，再将这些模块有机地连接起来。这种结构化的呈现方式，让我能够清晰地把握住每个理论分支的定位和它与其他分支之间的关系。 尤其是在讨论状态空间方法的时候，作者的阐述非常到位。我过去接触的控制理论，更多的是基于传递函数，虽然也能解决很多问题，但总觉得不够“内在”。而状态空间方法，则提供了一个从系统内部动态来理解和描述系统的视角。这本书详细地讲解了如何从物理方程推导出状态方程和输出方程，以及如何利用这些方程进行系统分析和设计。这种从“内部”审视系统的方式，让我对控制系统的理解更加深刻。 此外，书中对最优控制理论的介绍也让我大开眼界。例如，线性二次型调节器（LQR）的设计，作者不仅给出了数学上的推导，还解释了其背后的物理意义和设计思想。我以前认为最优控制是相当高深的领域，难以触及，但通过这本书的学习，我发现原来它也是有章可循，有法可依的。理解了LQR，对于理解更复杂的优化控制问题，无疑是打下了坚实的基础。 书中还探讨了数字控制系统。在当今自动化程度越来越高的时代，数字控制器扮演着至关重要的角色。这本书详细讲解了从连续时间系统到离散时间系统的转换，以及数字控制器的设计方法，比如零极点匹配法和脉冲不变法。这些内容让我能够更好地理解和设计实际的数字控制系统，为未来的工程实践提供了重要的理论支撑。 总的来说，这本书就像一位循循善诱的良师，它没有直接给你答案，而是引导你去思考，去发现。它不仅仅是一本教材，更是一次思维的训练。我从中获得的，不仅仅是知识，更是对控制理论体系的深刻洞察。这本书的价值，在于它能够激发读者的好奇心，并提供深入探索的工具和方法。

评分☆☆☆☆☆

我最近在读一本控制理论方面的书，感觉打开了新世界的大门。这本书的写作风格非常独特，它不是那种板着脸讲理论的教科书，而是带着一种探索的激情，引导读者一步步深入到控制理论的奇妙世界。作者在讲解概念时，经常会引用一些生动形象的比喻，将那些抽象的数学概念变得鲜活起来。 例如，在讲到反馈控制的基本原理时，作者没有直接给出数学公式，而是用了一个“聪明的仆人”的比喻。这个仆人会时刻观察主人的需求（被控变量），一旦发现偏差，就会立刻采取行动（控制量）来纠正，从而确保主人能够满意地得到他想要的结果。这种方式让我立刻就抓住了反馈控制的核心思想，不再感到困惑。 书中对根轨迹法的讲解也特别精彩。我以前觉得根轨迹法是比较枯燥的数学推导，但作者用一种“地图绘制”的方式来描述它。他将控制器的参数变化看作是地图上的“移动”，而系统的极点变化则是地图上的“足迹”。通过绘制这些足迹，我们可以清晰地看到，当控制器参数如何调整时，系统的稳定性会发生怎样的变化。这种直观的呈现方式，让根轨迹法的分析过程变得易于理解和操作。 此外，书中还花了相当大的篇幅介绍了一些现代控制方法，比如模糊控制和神经网络控制。这些方法在处理一些传统方法难以解决的非线性、不确定性系统时，展现出了巨大的优势。作者在介绍这些方法时，并没有回避它们的复杂性，但通过精心设计的例子，让我能够初步领略到它们的设计思路和应用潜力。 这本书的魅力在于，它让你在享受阅读乐趣的同时，也能收获扎实的理论知识。它鼓励你去思考“为什么”，去探索“如何做”，而不是简单地记住“是什么”。我感觉自己的思维方式都被它所影响，变得更加灵活和有创造力。对于那些渴望在控制理论领域有所建树，并希望找到一种更具启发性的学习方式的读者来说，这本书绝对是一个绝佳的选择。

评分☆☆☆☆☆

我近期阅读了一本关于现代控制理论的书籍，这本书的特点在于其深厚的理论功底与广阔的视野相结合。作者在书中展现了对控制理论各分支的深刻理解，并将其系统地呈现在读者面前。 书中对稳定性理论的阐述，尤其令我印象深刻。不同于许多仅仅提及李雅普诺夫方法的书籍，这本书对稳定性理论的探讨更加深入和全面，涵盖了各种类型的稳定性，如渐近稳定性、指数稳定性、区域稳定性等，并详细阐述了相关的判据和方法。作者在解释这些抽象概念时，运用了严谨的数学语言，但也辅以大量的图示和分析，使得复杂的问题变得清晰易懂。 此外，书中对于状态反馈控制和状态观测器设计的讲解，也非常详尽。作者不仅给出了数学推导，还深入分析了不同设计方法的优缺点，以及它们在实际系统中的应用考量。例如，在设计状态观测器时，作者详细讨论了如何选择增益矩阵，以及增益的选择对系统性能的影响。这种深入的剖析，让我对状态反馈和观测器的理解不仅仅停留在“知道怎么做”，更能理解“为什么这么做”。 书中还对一些现代控制理论的前沿领域进行了介绍，比如模型降阶技术和模型预测控制。这些内容为我打开了新的视野，让我了解了控制理论在不断发展和进步。作者在介绍这些新方法时，并没有回避其复杂性，而是通过清晰的逻辑和图表，引导读者逐步理解其核心思想和潜在应用。 总的来说，这本书是一部严谨而富有洞察力的学术著作。它适合那些希望在控制理论领域进行深入研究，并对理论体系有系统性了解的读者。它不仅仅是一本教材，更是一份对控制理论深刻理解的体现，能够帮助读者构建起坚实的理论基础，并为未来的学术研究和工程实践打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆