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出版者:

作者:劉吉來 編

出品人:

頁數:159

译者:

出版時間:2010-5

價格:19.00元

裝幀:

isbn號碼:9787111301264

叢書系列:

圖書標籤:

• 模擬電路
• 電子技術
• 模擬電子
• 電路分析
• 電子工程
• 仿真
• 元器件
• 信號處理
• 電路設計
• 高等教育

《現代控製理論基礎與應用》 內容簡介 本書旨在為讀者提供現代控製理論的係統性、深入性的闡述，內容涵蓋從經典控製理論嚮現代控製理論過渡的關鍵概念，直至先進控製技術的前沿進展。本書結構清晰，理論嚴謹，同時注重與工程實際的緊密結閤，旨在培養讀者紮實的理論基礎和解決復雜控製係統問題的能力。 第一部分：經典控製理論的深化與迴顧 第一章緒論：控製係統的概念、分類與發展曆程。本章首先迴顧瞭反饋控製的基本原理，並引入瞭係統動態特性的數學描述——狀態空間錶示法的必要性。強調瞭從頻域分析嚮時域分析過渡的意義。 第二章綫性定常係統的時域分析：詳細闡述瞭綫性常微分方程的解法，特彆是齊次解和特解的構建。深入分析瞭係統的模態特性，包括特徵值、特徵嚮量與係統穩定性的關係。引入瞭係統的能控性和能觀性概念，為後續狀態反饋設計奠定基礎。 第三章綫性定常係統的頻域分析與補償設計：復習瞭傳遞函數、係統對典型輸入的瞬態響應分析。重點討論瞭頻率響應特性，包括波德圖、奈奎斯特圖的繪製與分析。本章詳盡講解瞭超前滯後校正器的設計原理和方法，旨在通過引入零點和極點來改善係統的穩態誤差、相位裕度和瞬態響應性能。 第二部分：現代控製理論的核心——狀態空間方法 第四章狀態空間錶示：本章是全書的基石。詳細介紹瞭如何從物理係統（如機電係統、電路係統）建立嚴格的狀態空間模型 $dot{mathbf{x}} = mathbf{Ax} + mathbf{Bu}$, $mathbf{y} = mathbf{Cx} + mathbf{Du}$。探討瞭相似變換在改變係統狀態變量錶示形式中的作用，確保瞭係統固有特性的不變性。 第五章綫性係統的可控性與可觀性：對第一章引入的概念進行嚴格的數學推導和證明。詳細介紹瞭卡爾曼可控性矩陣和可觀性矩陣的計算方法，並闡述瞭這些性質在控製器設計和狀態觀測器設計中的決定性作用。討論瞭最小實現問題。 第六章綫性係統的狀態反饋控製設計：本章核心在於狀態反饋極點配置。推導瞭利用Ackermann公式或公式法進行極點配置的原理，確保閉環係統滿足預定的動態性能指標。深入討論瞭輸齣反饋與狀態反饋的聯係與區彆，以及對係統穩定性的影響。 第七章狀態觀測器設計：鑒於實際係統中狀態變量往往無法直接測量，本章專注於狀態觀測器的設計，特彆是Luenberger觀測器的設計。詳細講解瞭如何利用係統的可觀性設計觀測器增益矩陣，使得估計誤差漸近收斂或指數收斂。結閤狀態反饋與狀態觀測器，構成瞭完全狀態反饋控製（即極點配置加狀態觀測器，或稱為分離原理的應用）。 第三部分：先進控製理論與工程實現 第八章最優控製理論——綫性二次型調節器（LQR）：本章引入瞭性能指標函數的概念，特彆是二次型指標函數。詳盡推導瞭LQR控製器的設計過程，求解代數黎卡提方程（ARE）以確定最優狀態反饋增益。討論瞭LQR與極點配置的區彆和優勢，強調瞭其在權衡性能與控製努力之間的能力。 第九章最優估計——卡爾曼濾波：這是隨機係統和現代導航、製導、控製領域不可或缺的工具。本章介紹瞭隨機係統的數學模型（包含過程噪聲和測量噪聲）。推導瞭離散時間卡爾曼濾波器的遞推算法，詳細解釋瞭協方差矩陣的更新和狀態估計的迭代過程。並簡要介紹擴展卡爾曼濾波（EKF）在綫性化非綫性係統中的應用。 第十章非綫性係統的分析與控製：針對大量實際工程問題中存在的非綫性特性，本章首先介紹瞭描述函數法和相平麵法等經典非綫性係統分析工具。隨後，重點介紹瞭反步法（Backstepping）和滑模控製（SMC）等現代非綫性控製設計方法。 反步法：通過對復雜非綫性係統的逐步構造性設計，保證瞭閉環係統最終的穩定性和性能。 滑模控製：利用高頻切換控製律迫使係統軌跡進入並維持在預設的“滑模麵”上，具有對不確定性和外部擾動極強的魯棒性。 第十一章魯棒控製基礎：麵對模型不確定性，本章引入瞭$mathcal{H}_{infty}$控製理論的基本思想。討論瞭循環結構（Interconnection structure）和加權函數的設計，目標是設計齣在所有允許的不確定性範圍內性能錶現良好的控製器。 附錄 附錄A：矩陣代數迴顧與範數定義。 附錄B：拉普拉斯變換與Z變換在係統分析中的應用。 附錄C：MATLAB/Simulink在控製係統仿真與驗證中的實例演示。 本書內容組織遵循從基礎到深入、從確定性到隨機性、從綫性到非綫性的邏輯脈絡，確保讀者不僅掌握理論工具，還能將其有效應用於航空航天、機器人、過程控製等高技術領域中的實際工程挑戰。本書適閤控製工程、自動化、電子信息工程等相關專業的高年級本科生、研究生及工程技術人員閱讀和參考。

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