Computer Aided Design in Control Systems 1988

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出版者:Pergamon 作者:Zhen-Yu Chen 出品人: 页数:0 译者: 出版时间:1989-05 价格:USD 195.00 装帧:Hardcover isbn号码:9780080357386 丛书系列:
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  • 1988
  • Systems Engineering
  • Design Engineering
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具体描述

智能系统设计中的计算辅助方法:理论与实践前沿 本书深入探讨了在复杂控制系统设计中,利用计算机辅助设计(CAD)技术所带来的变革性力量。作者将读者从基础理论的梳理引入到前沿的实际应用,旨在为工程师、研究人员和高级学生提供一个全面、深入的视角。 第一部分:理论基石与数学框架 本书的开篇,我们首先着眼于现代控制理论的核心概念,并阐述它们如何为计算机辅助设计提供坚实的基础。这包括对线性系统、非线性系统、状态空间方法、传递函数模型以及稳定性理论的详尽回顾。理解这些基本原理对于有效利用CAD工具至关重要,因为CAD工具的设计初衷就是为了解决这些理论所描述的复杂数学问题。 接着,我们将深入探讨在控制系统设计中扮演关键角色的数学工具。例如,拉普拉斯变换、傅里叶分析以及Z变换等在时域和频域分析中的应用将被深入解析。数值分析和矩阵运算,作为现代计算的基石,也将得到详细介绍,它们是CAD算法的核心驱动力。此外,优化理论,特别是线性规划、非线性规划以及动态规划,它们为系统性能的提升和资源的最优分配提供了数学上的指导,其在CAD软件中的集成和应用也将是本书的重要组成部分。 第二部分:计算机辅助设计核心技术 本部分将聚焦于计算机辅助设计在控制系统领域的具体技术和方法。我们将详细介绍模型构建与仿真技术,包括如何利用数学方程、框图以及仿真软件来精确描述和预测控制系统的动态行为。模型的辨识技术,即如何从实际数据中提取系统模型,也将作为关键内容进行讲解。 参数优化与鲁棒控制设计是CAD技术的核心应用之一。本书将介绍如何利用优化算法来寻找最优的控制器参数,以达到预期的性能指标,如快速响应、高精度和低超调。同时,我们将深入探讨鲁棒控制的设计方法,以及CAD工具如何帮助工程师设计出在模型不确定性或外部扰动下仍能保持良好性能的控制器。 滤波与估计技术,特别是卡尔曼滤波及其变种,在处理带有噪声的测量数据并估计系统状态方面至关重要。本书将详细阐述这些滤波算法的原理,并演示CAD工具如何辅助其设计和实现。 第三部分:先进的CAD工具与平台 本书将对当前广泛使用的计算机辅助设计工具和平台进行深入的介绍和比较。我们将重点分析几款主流的软件系统,例如MATLAB/Simulink及其在控制系统设计中的强大功能。这包括其在模型创建、仿真、分析、设计以及代码生成方面的能力。 此外,本书还将涉及其他重要的CAD工具,例如LabVIEW、Python的科学计算库(如NumPy, SciPy, Control Systems Library)等,并分析它们各自的优势和适用场景。我们将强调这些工具如何通过图形化界面、丰富的函数库以及灵活的编程能力,极大地提高了控制系统设计的效率和准确性。 第四部分:特定领域的应用与案例研究 为了更直观地展示CAD技术在控制系统设计中的实际价值,本书将深入探讨其在多个关键领域的应用。我们将详细分析航空航天、汽车工程、机器人技术、过程控制以及电力系统等领域的具体案例。 在航空航天领域,我们将展示如何利用CAD工具设计飞行控制系统,实现飞机的稳定与机动。在汽车工程中,我们将聚焦于自动驾驶、发动机控制以及防抱死刹车(ABS)等系统的设计。机器人技术的应用将涵盖路径规划、关节控制以及感知与决策。过程控制部分将侧重于工业生产中的温度、压力、流量等参数的精确控制。在电力系统领域,我们将探讨智能电网、新能源并网以及系统稳定性的设计。 每个案例研究都将遵循从问题建模、系统分析、控制器设计、仿真验证到实际应用部署的完整流程,清晰地展示CAD技术在整个设计生命周期中的作用。 第五部分:未来发展与挑战 在本书的最后部分,我们将展望计算机辅助设计在控制系统领域的未来发展趋势。我们将探讨人工智能、机器学习与控制系统设计的融合,以及这些新技术将如何进一步提升CAD工具的能力。例如,基于学习的控制器设计、自适应控制系统的自动生成等。 同时,本书也将关注当前CAD技术面临的挑战,例如复杂系统的建模难度、实时性要求、以及跨平台兼容性等问题。我们将探讨如何通过更先进的算法、更强大的计算能力以及更开放的工具链来克服这些挑战。 结论 《智能系统设计中的计算辅助方法》旨在为读者提供一个关于现代控制系统设计中CAD技术应用的全面而深入的知识体系。通过理论与实践的结合,理论基石的巩固,核心技术的剖析,以及实际案例的展示,本书将帮助读者掌握利用计算机辅助设计工具解决复杂控制问题所需的关键技能,并为他们在这个快速发展的领域中开创新的可能提供坚实的理论基础和实践指导。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我不得不承认,这本书的阅读体验是相当“硬核”的。它更像是一份技术手册的升级版,而非面向大众的科普读物。对于那些习惯了现代软件界面直观操作的工程师来说,书中描述的那些基于命令行或早期的图形化工具的设计流程,显得格外“古朴”。但正是这份古朴,让我领略到软件工具的底层逻辑是如何被构建起来的。书中对鲁棒性分析的章节尤其引人入胜,它没有过多地依赖现代的优化工具箱,而是通过对参数变化的敏感性分析,手把手地教导读者如何从数学本质上理解系统的稳定性边界。我花了好几天时间,对照着书中的一个三阶耦合系统的例子进行手动计算和验证,那种亲手推导、步步为营的感觉,远比直接调用一个黑箱函数来得扎实。这本书的价值在于它提供了一个坚实的理论地基,让读者明白我们今天使用的各种“一键式”设计方法的数学基础究竟为何。

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这本书的行文风格透露着一种严谨到近乎刻板的学术态度,但正是这种一丝不苟,让它经受住了时间的考验。书中对离散化方法的讨论,特别是针对不同采样周期的误差分析,至今看来都具有极高的参考价值。它没有简单地停留在理论层面,而是深入探讨了在有限精度计算环境下,CAD工具如何处理舍入误差和数值不稳定性。我个人对其中关于“交互式图形编辑”的早期设想印象深刻,作者预见到了可视化在调试中的巨大潜力,尽管当时实现这些功能面临巨大的硬件制约,但其思路已经超越了同时代的许多实践。对于我这样一名主要从事现代优化控制研究的人员来说,回溯到这个时期,理解早期设计决策背后的权衡取舍,有助于我更好地批判性地评估当前的设计范式,避免陷入“工具至上”的误区。

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这本书的篇幅令人望而生畏,但一旦沉浸其中,那种被严密逻辑包裹的感觉非常令人安心。它不是在推销任何特定的商业软件,而是在剖析“设计”这个行为本身,以及计算机如何作为辅助工具介入其中。我尤其关注了其中关于“模型简化与保真度评估”的章节,作者详尽地对比了不同降阶算法在保证控制性能前提下的计算效率差异。这对于处理大型复杂系统是至关重要的议题。这本书的语言虽然略显陈旧,但其构建的逻辑框架是如此清晰有力,以至于可以跨越时空的界限。它教会我的不是如何使用某个软件,而是如何像一个真正掌握了系统本质的工程师那样去思考设计问题,即:在保证数学严谨性的基础上,如何利用工具的力量,将思考转化为可执行的方案。

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说实话,如果你期待在这里找到关于神经网络控制或者深度学习在系统辨识中的应用,那注定会大失所望。这本书完全扎根于经典的频率域和时域分析,核心是利用计算机来加速传统控制理论的计算和验证过程。它的魅力在于其对“确定性”的追求。书中详细剖析了如何利用CAD系统来精确地绘制伯德图、奈奎斯特图,并结合计算工具来求解最优PID参数集。这种对经典方法的精细打磨,反而提供了一种宝贵的视角:在很多工程实际中,一个设计精良的线性控制器,加上严谨的分析,其效果远胜于一个未经深入理解的复杂非线性模型。对我而言,它就像是打开了一个通往“控制系统设计黄金时代”的后门,让我得以窥见那段基于扎实数学功底与早期计算能力碰撞出的火花。

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这本厚重的著作,封面设计简洁得有些过时,但内页的排版却透着一股严谨的学院派气息。初翻阅时,最先吸引我的是那些密密麻麻的数学公式和详尽的系统框图,它们如同迷宫般层叠交错,让人立刻意识到这不是一本轻松的读物。书中对经典控制理论与新兴的计算机辅助设计(CAD)方法的融合探讨得极为深入,特别是对于线性时不变系统的设计流程描述,简直是一场教科书级别的演示。作者似乎秉持着一种“不放过任何一个细节”的工匠精神,每一个算法的推导都力求完备,从状态空间模型的建立到根轨迹的精确绘制,无一不体现出当时尖端研究的深度。我尤其欣赏其中关于“人机交互”在早期设计阶段的论述,虽然受限于当时的计算能力,但其前瞻性地指出了人脑在复杂系统调试中的不可替代性,这在今天看来,依然有着重要的指导意义。阅读过程中,我仿佛能感受到八十年代末工程师们面对复杂控制问题时,那种既兴奋又充满挑战的心情,这本书就是他们智慧的结晶,记录了一段技术快速迭代的历史侧面。

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