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出版者:Springer

作者:Alberto Isidori

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1986-04-24

价格:USD 27.30

装帧:Paperback

isbn号码:9783540155959

丛书系列:

图书标签:

• 非线性控制
• 控制系统
• 自适应控制
• 最优控制
• Lyapunov稳定性
• 滑模控制
• 反馈控制
• 机器人控制
• 混沌控制
• 非线性系统

《自动控制理论基础》 本书系统地阐述了自动控制领域的核心概念、基本原理和分析方法。从控制系统的基本构成和数学建模出发，深入探讨了线性时不变系统的时域分析、频域分析和根轨迹分析。读者将学习如何利用传递函数、系统响应、稳定性判据（如劳斯判据、奈奎斯特判据、根轨迹法）来评估和理解系统的动态行为。 在时域分析部分，本书详细介绍了单位阶跃响应、单位脉冲响应等瞬态响应特性，以及稳态误差的概念与计算。通过分析系统的零极点分布，读者可以直观地理解系统的稳定性以及响应的快慢和衰减特性。 频域分析是本书的另一重要组成部分。系统介绍了频率响应的概念，包括伯德图、尼奎斯特图和线性频率响应等分析工具。读者将学会如何通过这些图示来判断系统的稳定性、动态性能指标（如截止频率、峰值增值）以及带宽。 根轨迹法提供了一种直观地分析系统参数变化对系统稳定性和动态性能影响的方法。本书将详细讲解根轨迹的绘制规则，并指导读者如何利用根轨迹来设计控制器，以满足特定的性能要求。 此外，本书还涵盖了反馈控制的基本原理，包括PID控制器、超前/滞后校正器等经典控制器设计方法。读者将学习如何根据系统的开环传递函数，设计合适的控制器来改善系统的稳定性、减小稳态误差、提高响应速度。 本书注重理论与实践的结合，通过丰富的例题和习题，帮助读者巩固所学知识，并初步掌握控制系统的分析和设计能力。本书适合作为高等院校自动化、电气工程、机械工程等专业本科生的教材或参考书，也可供从事相关领域研究和工程实践的专业人士阅读。 《现代信号处理导论》 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代信号处理理论与技术入门。从信号与系统的基本概念出发，详细讲解了离散时间信号、连续时间信号的特性，以及线性时不变系统的基本性质和分析方法。 本书重点阐述了傅里叶分析在信号处理中的核心作用，包括连续时间傅里叶变换、离散时间傅里叶变换、傅里叶级数等。通过对信号频谱的分析，读者将理解信号的频率成分，并掌握如何利用傅里叶变换对信号进行分析和处理。 此外，本书还深入介绍了Z变换及其在离散时间系统分析中的应用。读者将学习如何利用Z变换来表示和分析离散时间系统，并掌握其在滤波器设计和系统稳定性分析中的作用。 概率论与随机过程是信号处理中不可或缺的理论基础。本书将详细介绍随机变量、概率密度函数、期望、方差等概念，并对平稳随机过程、高斯过程等常用随机过程进行阐述。读者将学习如何利用这些工具来描述和分析含有随机噪声的信号。 本书还涵盖了采样理论、量化理论以及数字滤波器设计等现代信号处理的关键技术。读者将理解奈奎斯特采样定理，学习如何将连续信号转化为数字信号，并掌握FIR滤波器和IIR滤波器的基本设计原理和实现方法。 最后，本书将介绍现代信号处理在通信、图像、语音等领域的应用实例，帮助读者理解理论知识的实际价值。本书适合作为高等院校电子信息工程、通信工程、计算机科学等专业的教材或参考书，对于希望系统学习信号处理理论的研究人员和工程师也具有重要的参考意义。 《数值分析方法与计算》 本书系统地介绍了数值分析的核心概念、基本算法以及在科学计算中的应用。从误差分析的根源出发，阐述了舍入误差、截断误差的概念及其对计算结果的影响。读者将学习如何评估和控制计算过程中的误差，以获得可靠的计算结果。 本书详细讲解了求解非线性方程的各种数值方法，包括二分法、牛顿法、割线法等。通过对这些方法的原理、收敛性分析和收敛速度的讨论，读者能够理解不同方法的优缺点，并选择合适的算法来解决实际问题。 插值与逼近是函数逼近的重要手段。本书介绍了多项式插值（如拉格朗日插值、牛顿插值）和样条插值，以及最小二乘逼近等概念。读者将学习如何用简单的函数来近似复杂的函数，并理解这些方法在数据拟合和函数逼近中的应用。 数值积分与微分是解决微积分问题的重要工具。本书讲解了梯形法则、辛普森法则等数值积分方法，以及有限差分法等数值微分技术。读者将学会如何近似计算定积分和求解微分方程，并理解这些方法在物理、工程等领域的应用。 线性方程组的求解是数值计算中的基础问题。本书介绍了直接法（如高斯消元法、LU分解）和迭代法（如雅可比迭代法、高斯-赛德尔迭代法）等求解方法，并分析了它们的适用范围和收敛性。 此外，本书还涵盖了特征值问题、微分方程的数值解法以及蒙特卡罗方法等内容。通过丰富的算例和练习，本书旨在帮助读者掌握数值分析的基本技能，提高计算精度和效率，为解决复杂的科学计算问题打下坚实的基础。本书适合作为高等院校数学、计算机科学、物理、工程等专业的教材或参考书。

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这本书的内容深度和广度，尤其是对**微分几何方法在控制理论中应用**的阐述，达到了教科书的顶尖水平。虽然这部分内容对读者的数学背景要求较高，但作者的阐述方式极大地降低了理解门槛。诸如可控性、可观察性、微分同胚映射以及李导数在反馈设计中的作用，都被置于一个清晰的、几何化的框架下进行讨论。最让我感到震撼的是，作者在讨论**非完整约束系统（Nonholonomic Systems）**的控制问题时，没有止步于经典的“Putt and Krause”方法，而是将视角提升到了流形上的最优控制问题。书中对“非完整性”的数学定义，以及如何通过生成一个适当的控制场来使得系统渐近地趋向于一个目标流形，进行了极富洞察力的讲解。这不仅仅是理论的展示，它直接指导了我对移动机器人路径规划中避免打滑和保持约束条件的理解。与市面上许多只停留在反馈线性化层面的书籍相比，这本书敢于深入到更本质的微分结构层面，这使得读者不仅学会了“如何做”，更理解了“为什么能做”。它为真正有志于从事前沿控制理论研究的读者，打下了不可动摇的数学基石。

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这本书简直是控制理论爱好者的福音，尤其对于那些渴望深入理解非线性动态系统复杂性的读者来说，它无疑是一部里程碑式的著作。我花了大量时间沉浸在书中的理论推导和详尽的案例分析里，可以说，作者在构建一个严谨而又直观的知识体系方面做得极为出色。首先，书中对李雅普诺夫稳定性理论的阐述，不是简单地罗列公式，而是通过一系列精心设计的物理背景实例，将抽象的数学概念与实际工程问题紧密联系起来。例如，在讨论全局渐近稳定性时，作者引入了对经典机器人手臂模型以及复杂化学反应器模型的分析，使得即便是初次接触这些高级概念的读者也能迅速抓住核心要义。此外，书中对反馈线性化方法的讲解深入浅出，它没有停留在理论形式的转换，而是着重探讨了在系统模型不完全准确或存在外部扰动时，如何通过精心设计的预补偿器和高频注入策略来保持系统的性能。特别是关于奇异点处理和零动力学稳定性分析的部分，其细致程度令人印象深刻，为我在后续解决实际工程中的奇异锁定问题提供了坚实的理论基础。这本书的结构安排也体现了作者深厚的教学功底，从基础的微分几何工具铺垫到高级的滑模控制和自适应控制的实现，层层递进，逻辑链条清晰无比，让人在学习过程中始终保持探索的动力。

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这本书在处理**状态估计和观测器设计**方面的贡献，我认为是其最闪光的部分之一。对于非线性系统，准确地知道系统的内部状态往往比设计控制器本身更具挑战性，尤其是在传感器成本高昂或某些状态无法直接测量的情况下。书中对扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）的介绍并非泛泛而谈，而是聚焦于它们在非线性系统中的局限性，特别是EKF在处理强非线性和高耦合系统时的线性化误差累积问题。随后，作者引出了更具开创性的**高阶Luenberger观测器**和**Lipschitz条件下的半正定规划（SDP）方法**来设计鲁棒观测器。我特别对书中利用LMI工具箱来求解关于特定类非线性系统（如具有扇区界限的LTI系统）的观测器增益的实例印象深刻。这种将高级优化工具直接嵌入到经典控制框架中的做法，极大地提升了观测器设计的可操作性和鲁棒性保证的强度。通过具体的数值仿真结果对比，读者可以清晰地看到这些高级观测器在处理传感器噪声和系统漂移时，相比传统方法的巨大优势。这本书为我解决一个长期困扰我的飞行器姿态估计问题，提供了全新的、基于理论保证的解决方案路径。

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作为一名偏向于应用和系统集成的研究人员，我发现这本书的叙事风格非常注重**“问题驱动”的学习路径**，这一点让我感到非常亲切和实用。它不像一些纯数学化的控制书籍那样，一上来就堆砌高深的拓扑和微分形式，而是总能将理论的引入与一个明确的、亟待解决的工程挑战联系起来。例如，在介绍回退（Backstepping）设计法时，作者巧妙地选择了具有级联结构的非线性系统作为起点，通过一步步地“虚拟反馈”设计，将一个复杂的全局稳定性问题分解成了多个易于处理的局部稳定性问题，这种“化整为零”的解题思路极具启发性。更值得称道的是，书中对**模型参考自适应控制（MRAC）**的讨论，加入了现代数值计算的视角。作者不仅推导了基于误差的更新律，还深入探讨了如何利用投影算法和界限搜索策略来保证自适应增益的有界性，避免了参数发散的风险。在章节末尾的“工程启示”部分，作者总是会总结出当前理论在实际应用中可能遇到的计算复杂度瓶颈和在线辨识的局限性，这使得读者在吸收理论知识的同时，也能保持一份清醒的工程批判性思维。这本书成功地架设了理论的严谨性与工程的实用性之间的桥梁。

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我不得不说，这本书在处理“不确定性”和“鲁棒性”方面的深度，远超我之前接触过的任何一本教材。在现代工程实践中，我们面对的系统往往充满了模型误差、参数漂移以及未建模的动态效应，如何设计出在这些不确定性下依然能稳定运行的控制器，是衡量一个控制理论是否实用的关键标准。这本书在这方面提供的视角非常独特。它没有仅仅满足于传统的鲁棒H-无穷或LMI方法，而是将更多的篇幅倾注在了**滑模控制（SMC）的先进变种**上。作者对等效控制的精确计算、对抖振现象的深刻剖析，以及随后提出的观测器辅助滑模控制和高阶滑模控制（HOSM）来抑制抖振的策略，都具有极高的参考价值。特别是书中对于不同SMC设计中超扭矩项对执行器饱和的影响进行了详尽的量化分析，这在很多教科书中是被简化处理的工程痛点。我特别欣赏作者在讨论鲁棒自适应控制时，没有简单地采用经典的基于误差的更新律，而是引入了基于Lyapunov函数的鲁棒性设计，这使得我们能够明确地界定控制器在参数不确定范围内的性能边界。对于那些致力于开发高可靠性航空航天或精密制造控制系统的工程师而言，这本书中的这些章节，提供了可以直接借鉴的工程范式。

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