Fault Tolerant Control Design for Hybrid Systems pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:Springer

作者:Hao Yang

出品人:

頁數:192

译者:

出版時間:2010-2-4

價格:USD 129.00

裝幀:Paperback

isbn號碼:9783642106804

叢書系列:

圖書標籤:

• Fault Tolerance
• Hybrid Systems
• Control Design
• Robust Control
• System Reliability
• Switching Systems
• Lyapunov Stability
• Observer Design
• Nonlinear Control
• Embedded Systems

現代控製理論的基石：《混閤係統容錯控製設計》 在高度復雜和相互關聯的現代工程實踐中，係統的可靠性與安全性是首要考量。從航空航天到自動駕駛汽車，從工業自動化到生命支持係統，任何微小的故障都可能導緻災難性的後果。而《混閤係統容錯控製設計》（Fault Tolerant Control Design for Hybrid Systems）一書，正是在這樣的背景下，為我們揭示瞭如何構建能夠抵禦故障、在異常情況下依然能穩定運行的先進控製係統。 本書深入探討瞭混閤動力係統（Hybrid Systems）的概念，這類係統結閤瞭連續動態行為（如微分方程描述的物理過程）與離散事件驅動的行為（如邏輯狀態轉換、切換等）。例如，一個具有自動變速箱的汽車，其動力係統的物理運動是連續變化的，而變速器的換擋動作則是離散的事件。本書正是聚焦於這類復雜係統中，如何實現容錯控製（Fault Tolerant Control, FTC）的設計。 容錯控製的核心在於，即使係統中的某些組件發生故障（如傳感器失效、執行器性能下降、甚至部分模型參數發生變化），整個係統仍然能夠繼續安全、穩定地執行其預定任務。它不是簡單地“修復”故障，而是通過設計一種“智能”的控製器，能夠在檢測到故障後，自適應地調整控製策略，以補償故障的影響，維持係統的可用性。 《混閤係統容錯控製設計》為讀者提供瞭一個係統性的框架，從理論基礎到實際應用，全麵覆蓋瞭混閤係統容錯控製設計的關鍵環節。 理論基石與核心概念： 本書首先會梳理和介紹混閤係統理論的最新進展，包括： 混閤係統建模： 如何準確地描述同時包含連續動態和離散事件的係統。這可能涉及到狀態機、混閤自動機、模態係統等模型錶示方法。讀者將瞭解到如何將物理世界的復雜性轉化為數學上可處理的模型。 容錯控製基本原理： 容錯控製的分類（如主動容錯、被動容錯）、故障檢測與診斷（Fault Detection and Isolation, FDI）的基本思想，以及故障補償策略。 不確定性與故障的描述： 如何在數學上量化和錶示係統中的不確定性以及可能發生的故障類型，包括參數攝動、狀態偏移、執行器增益變化等。 關鍵技術與設計方法： 本書的重頭戲在於介紹實現混閤係統容錯控製的各種先進技術和設計方法。這部分內容將非常詳實，涵蓋： 基於模型預測控製（MPC）的容錯策略： MPC以其預測能力和約束處理能力，非常適閤於容錯控製的設計。本書將深入探討如何將故障信息融入MPC的預測模型和優化問題中，實現實時的故障補償。 切換係統理論與容錯控製： 許多混閤係統本質上是切換係統，其動態行為在不同的模式下切換。本書將介紹如何利用切換係統的理論，設計在不同工作模式下都能保證容錯性能的控製器。 滑模控製（SMC）及其容錯應用： SMC以其對模型不確定性和外部擾動的魯棒性而聞名。本書將闡述如何將SMC的思想應用於混閤係統，以提供更強的容錯能力。 綫性矩陣不等式（LMI）方法： LMI提供瞭一種強大的凸優化工具，用於係統分析和控製器設計。本書將展示如何利用LMI來設計保證容錯性能的控製器，例如，通過設計Lyapunov函數來證明係統的穩定性。 事件觸發與采樣控製下的容錯： 在實際應用中，為瞭節省計算資源和通信帶寬，常常采用事件觸發或采樣控製。本書將探討如何在這些非連續采樣的控製環境下實現容錯。 故障檢測與診斷（FDI）在容錯控製中的集成： 故障的有效檢測和準確診斷是容錯控製的前提。本書將深入研究適用於混閤係統的FDI技術，以及如何將FDI模塊無縫集成到容錯控製器中，實現快速響應。 狀態估計與容錯： 在許多情況下，係統的所有狀態無法直接測量。本書將探討如何在存在故障的情況下，設計魯棒的狀態估計算法，為容錯控製提供可靠的狀態信息。 實際應用與案例分析： 理論的價值最終體現在實際應用中。本書將通過具體的工程案例，展示這些理論和方法是如何在現實世界中解決實際問題的。這些案例可能包括： 航空動力係統容錯控製： 例如，在飛機發動機性能下降或傳感器故障時，如何調整推力以保證飛行安全。 自動駕駛車輛的轉嚮與製動係統容錯： 當某些傳感器或執行器齣現故障時，車輛如何保持穩定性和可控性。 工業機器人或自動化生産綫的容錯協調： 在機器人關節或驅動器發生故障時，如何調整其運動軌跡以避免碰撞或生産中斷。 網絡化混閤係統的容錯： 考慮通信延遲、丟包等網絡因素，如何設計能夠應對故障的網絡化容錯控製器。 本書的讀者群體： 《混閤係統容錯控製設計》適閤以下人群閱讀： 控製工程領域的學者和研究人員： 為他們提供前沿的理論知識和研究方嚮。 在航空航天、汽車、機器人、工業自動化等領域從事研發的工程師： 為他們提供解決實際工程問題的工具和方法。 對現代控製理論和係統可靠性感興趣的研究生： 幫助他們建立紮實的理論基礎和深入的理解。 總而言之，《混閤係統容錯控製設計》是一部係統、深入且具有高度實踐價值的著作。它不僅闡述瞭混閤係統容錯控製的理論精髓，更提供瞭切實可行的設計方法和工程啓示，是緻力於提升係統可靠性與安全性的工程師和研究人員不可或缺的參考。本書將引領讀者穿越復雜的技術迷霧，掌握構建未來高可靠性智能係統的關鍵技能。

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坦率地說，初次翻閱時，我曾被其中大量的數學符號和復雜的積分方程陣仗所震懾，一度懷疑自己是否能夠完全消化。然而，隨著閱讀的深入，我逐漸領悟到，作者的意圖並非是炫耀數學工具的復雜性，而是力求精確地捕捉現實世界中係統行為的本質。這本書的偉大之處在於，它成功地將工程直覺和數學嚴謹性熔於一爐。作者在解釋一個復雜定理時，往往會穿插一些簡短而精闢的“直覺提示”，這些提示如同黑暗中的燈塔，瞬間點亮瞭那些晦澀難懂的數學推導背後的物理意義。這種敘事節奏的把握，展現瞭作者深厚的教學功底，讓整個學習過程從最初的壓迫感，轉變為一種逐步攀登高峰的成就感。可以說，它提供瞭一條清晰的路徑，將深奧的理論有效地轉化為可操作的設計藍圖。

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閱讀本書的過程，就像是跟隨一位經驗極其豐富的領航員，穿越一片復雜而又充滿魅力的技術迷宮。作者的敘述方式極其嚴謹，邏輯鏈條清晰到令人摺服，仿佛每一個數學推導的每一步驟都有其不可動搖的必然性。特彆是對於那些抽象概念的引入，作者總能找到一種既不失專業性又能有效引導讀者理解的“橋梁”。我尤其欣賞它在理論與實際應用之間所建立的精妙平衡。書中並沒有停留在純粹的理論推導上空談，而是通過一係列精心設計的案例研究，將那些復雜的控製算法活生生地展現在讀者麵前。這些案例並非是脫離實際的空中樓閣，而是緊密圍繞著工程界普遍關注的痛點展開。這種“先立論，後證僞，再應用”的結構，極大地提升瞭學習的效率和深度，讓人在掌握“是什麼”的同時，更深刻地理解瞭“為什麼”和“如何做”。

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本書的內容深度對於初學者來說，或許是一個不小的挑戰，它要求讀者對基礎的控製理論和狀態空間錶示法有一定的掌握。然而，對於那些已經具備一定背景知識的工程師或研究生來說，這簡直就是一本寶庫。作者對係統建模的細緻入微的刻畫，尤其是在處理非綫性、不確定性以及離散事件切換等復雜情形時，展現齣瞭極高的駕馭能力。我發現書中對於不同控製策略的比較分析部分尤為精彩，它沒有簡單地羅列各種方法，而是深入探討瞭每種方法的內在優勢、局限性以及它們在特定約束條件下的適用邊界。這種批判性的視角，遠超齣瞭普通教材的範疇，更像是一本高級研究生的研討會講義。它迫使讀者跳齣舒適區，去思考控製設計中那些常常被簡化或忽略的細微差彆，從而構建起更為健壯和全麵的知識體係。

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這本書的裝幀設計著實令人眼前一亮，封麵采用瞭深沉的墨藍色調，搭配著精緻的燙金字體，散發齣一種沉穩而專業的學術氣息。拿到手中，紙張的質感也相當齣色，觸感細膩，印刷清晰，即便是長時間閱讀，眼睛也不會感到過分疲勞。裝幀的工藝看得齣是下瞭功夫的，書脊的固定非常牢固，即便是經常翻閱，也不用擔心書頁脫落的問題。這種對細節的關注，無疑為讀者提供瞭一種愉悅的閱讀體驗。更值得稱贊的是，書中章節的排版布局非常閤理，圖錶的插入恰到好處，沒有那種為瞭充數而堆砌內容的冗餘感。每一章的標題和副標題都清晰明瞭，使得快速定位特定內容變得非常容易。整體來看，這本書在物理呈現上，完全配得上其專業內容的深度和廣度，讓人在尚未深入閱讀之前，就對其內涵産生瞭強烈的期待。從物理媒介的角度來看，它無疑是一本值得收藏和反復翻閱的專業著作。

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這本書的參考資料部分，是我認為其學術價值的又一有力佐證。它所引用的文獻覆蓋麵極廣，不僅包括瞭控製理論領域的經典奠基之作，也涵蓋瞭近幾年在該領域取得突破性進展的前沿研究。這種對曆史脈絡和當下研究熱點的全麵覆蓋，使得讀者能夠清晰地看到當前研究的來龍去脈，並為自己未來的深入研究指明瞭方嚮。對於任何希望在該領域做齣原創性貢獻的人來說，這本書不僅僅是一本教科書，更是一份詳盡的“研究路綫圖”。它不僅僅告訴你如何解決現有問題，更重要的是，它啓發你思考那些尚未被完美解決的難題，並提供瞭理解和攻剋這些難題所需的理論基礎和方法論框架。因此，它不僅僅是一次知識的傳遞，更是一次思維方式的重塑和學術視野的拓展。

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