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出版者:

作者:石英

出品人:

页数:282

译者:

出版时间:2011-3

价格:29.00元

装帧:

isbn号码:9787512105270

丛书系列:

图书标签:

• 人因工程学
• 人因工程学
• 工效学
• 人机交互
• 用户体验
• 安全工程
• 系统工程
• 认知工程
• 生物力学
• 设计工程
• 人机系统

现代控制理论与应用 书籍简介 本书是一部全面、深入探讨现代控制理论及其工程应用的专著。全书系统地梳理了经典控制理论的局限性，并着重阐述了在时域和频域内描述、分析和设计复杂动态系统的核心数学工具与工程方法。内容覆盖了控制理论发展历程中的关键里程碑，从状态空间方法论的建立，到先进的鲁棒性、最优性控制设计范式，旨在为读者构建一个坚实而前沿的理论框架。 第一部分：线性系统理论基础 本部分首先回顾了经典控制理论中频域分析的不足，为引入更具描述能力的现代方法奠定基础。核心在于状态空间表示法。详细阐述了如何将复杂的物理系统（如机械、电气、热力系统）转化为标准的一阶线性常微分方程组形式。重点讲解了系统矩阵的性质，包括能控性（Controllability）和可观测性（Observability）的判定准则，这是进行状态反馈控制和状态估计的前提。 引入了李雅普诺夫稳定性理论，这是一种不依赖于求解微分方程的强大工具。系统地介绍了李雅普诺夫第一法（间接法，基于线性化）和第二法（直接法，基于能量函数构造），使得读者能够分析非线性系统的局部稳定性，并为后续的鲁棒性分析打下基础。此外，本部分还深入探讨了系统的对角化与约当标准型，这对于理解系统的固有动态特性（如极点位置）至关重要。 第二部分：状态反馈与状态观测 在掌握了系统的基本描述和稳定性判据后，本部分转向控制器的具体设计。核心思想是状态反馈（State Feedback），即通过反馈系统的所有状态变量来任意配置系统的闭环极点，以达到期望的动态性能（如快速性、阻尼比）。详细推导了极点配置（Pole Placement）的技术，包括使用Ackermann公式和右侧插值法。 为了解决状态变量难以直接测量的工程难题，本书引入了状态观测器（State Observer）的设计。重点介绍了最小阶观测器（Luenberger Observer）和卡尔曼-Bucy 滤波器（Kalman-Bucy Filter）。卡尔曼滤波不仅提供了状态估计，而且基于最小均方误差（MMSE）准则，在存在噪声的情况下给出了最优估计。书中详细剖析了状态估计误差的动态特性，并讨论了观测器极点与控制器极点分离的原则。 第三部分：最优控制理论 最优控制是现代控制的核心追求之一，旨在找到在满足一定约束条件下，使性能指标函数（Cost Function）最小化的控制输入序列。本部分从变分法的角度引入最优控制的理论基石。 核心内容是庞特里亚金最大值原理（Pontryagin's Maximum Principle），这是求解开环最优控制问题的关键工具。书中通过具体的工程实例（如燃料最优消耗问题）展示了如何利用哈密顿量和协态变量来推导最优控制律。 随后，本书系统地介绍了LQR（Linear-Quadratic Regulator）最优控制。LQR通过将性能指标函数设计为状态误差的二次方和控制输入的二次方之和，保证了闭环系统的稳定性和良好的动态响应。详细推导了代数黎卡提方程（Algebraic Riccati Equation, ARE）的求解过程及其与最优反馈矩阵的对应关系。 第四部分：鲁棒控制与先进主题 面对现实世界中系统参数不确定性、外部扰动和模型不精确性，本部分转向鲁棒控制理论。 首先介绍了H-无穷范数（$H_{infty}$ Norm）作为衡量系统灵敏度和鲁棒性的一种量化指标，并阐述了$H_{infty}$ 控制器设计的基本思想——将控制器设计问题转化为求解一个特定的黎卡提不等式（Hamiltonian Inequality）。 接着，本书深入探讨了滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）。SMC以其对模型不确定性和外部扰动极强的鲁棒性而著称。详细分析了滑模控制器的设计步骤：定义一个滑模面，设计一个控制律，使得系统轨迹能够快速到达并维持在滑模面上。书中对滑模控制中固有的抖振现象（Chattering）进行了深入的剖析，并介绍了减弱抖振的先进技术，如利用比例带宽或饱和函数。 最后，简要介绍了自适应控制和非线性控制的基本概念，包括利用反馈线性化（Feedback Linearization）的思想来处理某些可严格反馈形式的非线性系统，为读者迈向更深层次的研究领域指明方向。 目标读者与价值 本书内容严谨，推导详尽，图文并茂地展示了大量实际工程案例，旨在为自动化、航空航天、机械工程、电子工程等领域的研究人员、高年级本科生和研究生提供一本权威的参考教材。通过对状态空间、最优设计和鲁棒性能的综合掌握，读者将能够设计出性能卓越、适应性强的复杂动态系统控制器。本书不仅是理论学习的工具，更是工程实践的指南。

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我发现这本书的结构安排非常巧妙，它并非一股脑地抛出大量枯燥的专业术语，而是循序渐进地引导读者进入“人因工程学”的世界。开篇的部分，作者似乎有意放缓了节奏，从一些宏观的、与日常生活息息相关的议题入手，比如“人机交互的普遍性”和“用户体验的重要性”。这种切入点非常容易引起读者的共鸣，因为我们每个人都是各种产品和系统的使用者，都会遇到一些设计不合理导致的不便或挫折。接着，作者逐渐引入了一些关于人类生理和心理特性的基础知识，例如感官的局限性、注意力的分配以及记忆的特点。我特别欣赏他解释这些概念时所使用的类比，比如将人的信息处理过程比作一台计算机，又或者将疲劳的产生比作电池电量的消耗。这些生动形象的比喻，大大降低了理解门槛。虽然我还没有看到更深入的内容，但从前几章的铺垫来看，这本书的逻辑性应该很强，能够系统性地构建起读者对人因工程学的认知框架。我期待后面能看到更多关于如何将这些理论应用到实际设计中的案例分析，那将是检验这本书价值的关键。

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这本书在语言风格上呈现出一种非常独特的魅力，它既保持了学术著作应有的严谨和精确，又在不经意间流露出一种亲切的引导感。作者的遣词造句，既准确地传达了专业概念，又避免了过于生硬的技术术语堆砌。我能感受到作者在努力拉近与读者的距离，试图将“人因工程学”这样一个可能听起来有些专业的领域，变得更容易被理解和接受。例如，他在解释“可用性”时，可能会先描述一个生活中因为产品设计不合理而发生的尴尬场景，然后引出“可用性”的概念，并阐述其重要性。这种方式既生动有趣，又能迅速抓住读者的注意力。此外，书中对于问题的剖析也相当深入，它不是简单地罗列现象，而是试图挖掘现象背后的根本原因，并提出可行的解决方案。这种探究式的写作风格，非常吸引我，让我不由自主地想要跟随作者的思路，一起去分析和解决问题。虽然我还没来得及深入学习书中的具体理论，但光是这种富有启发性的写作方式，就足以让我对这本书产生浓厚的兴趣。

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从这本书的篇幅和内容的密集度来看，它显然是一部内容非常扎实的学术著作。书中的文字密度很高，每一句话似乎都蕴含着作者深思熟虑的观点。我注意到，作者在阐述某些概念时，会引用大量的研究文献和实验数据，这使得他的论证过程非常有说服力。例如，在讨论人机界面设计时，他可能会援引一系列关于颜色对比度、字体大小对视觉识别影响的实验结果，并分析这些结果背后的原因。对于我这样的普通读者来说，虽然这些数据和引文可能显得有些专业，但它们恰恰体现了这本书的严谨性和权威性。我感觉这本书的目标读者可能更多是专业的从业者或者学生，因为它提供的不仅仅是知识，更是一种解决问题的思维方式和方法论。我还没有深入到具体的应用章节，但从前文的理论铺垫来看，这本书应该能够为从事产品设计、系统开发、甚至用户体验研究的人员提供坚实的理论基础和实践指导。我想，如果能深入理解书中提出的原则和方法，将有助于我今后在工作和生活中，以更专业的视角去审视和改进各种设计。

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这本书的装帧设计着实吸引了我，封面选用了一种柔和但充满质感的哑光材质，搭配上字体设计，整体散发出一种沉稳而又不失现代感的学术气息。翻开扉页，纸张的触感非常棒，厚实且略带弹性，印刷清晰，字迹工整，这都表明了出版方的用心。我尤其喜欢书中的插图和图表，它们不仅仅是点缀，而是非常清晰地解释了复杂的概念，比如关于人类感知和认知的信息处理模型，那些流程图和示意图的绘制风格就非常直观，让我这个初次接触这个领域的人也能大致理解。在阅读过程中，作者的叙述方式也很有意思，他会时不时地穿插一些实际生活中的例子，比如设计一把更符合人体工学的椅子，或者改进一个易于操作的手机界面。这些例子让抽象的理论变得触手可及，也让我开始审视身边的一些事物，思考它们的设计是否真的考虑到了使用者的便利性和安全性。虽然我对书中的具体理论内容还没有深入研究，但仅仅是这些细节，就足以让我对这本书的整体质量产生高度的期待。我相信，通过这样的呈现方式，即便是一些复杂的技术性内容，也能被清晰有效地传达给读者。

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这本书带给我的第一印象是其理论体系的完整性。作者在介绍人因工程学的核心概念时，似乎遵循着一个清晰的逻辑脉络，从宏观的系统观出发，逐步细致地分析人、机、环境之间的相互作用。我注意到，书中对“人”的解读非常全面，不仅仅关注生理上的限制，还深入探讨了认知过程、情感因素以及社会文化背景对个体行为的影响。这一点非常重要，因为它打破了以往一些设计理论可能过于偏重技术或生理的局限性。而且，作者在描述这些复杂概念时，尽量避免使用过于晦涩的语言，而是通过构建清晰的逻辑框架和层层递进的论证，来引导读者理解。比如，他在讨论风险评估时，可能会先提出评估的必要性，然后分解评估的关键要素，最后给出评估的步骤和方法。这种循序渐进的教学方式，让我觉得即便面对一些复杂的理论，也能逐步掌握。我相信，这本书的价值在于它提供了一个系统的框架，让读者能够理解人因工程学是如何将多学科的知识融会贯通，从而解决实际问题的。

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