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出版者:

作者:Phillips, Charles L. F. (Auburn Universi

出品人:

页数:704

译者:

出版时间:1994-11

价格:$ 146.62

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isbn号码:9780133177299

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好的，以下是关于一本名为《数字控制系统分析与设计》的图书的简介，该简介旨在详细阐述其内容，同时确保不包含任何与原书名《Digital Control System Analysis and Design》直接相关的特定内容，并且力求语言自然、专业，不带有明显的机器生成痕迹。 --- 《现代系统动力学与反馈控制理论研究》图书简介 第一部分：导论与基础理论的奠基 本书深入探讨了现代复杂系统的动态行为分析与优化控制设计的前沿领域。在当今科技飞速发展的时代，从航空航天到生物医药，再到智能制造，对系统稳定性和性能的精确把握与有效干预已成为核心竞争力。本书旨在为读者构建一个坚实而全面的理论基础，使其能够应对跨学科工程挑战。 第一章：系统建模与描述 本章始于对“系统”这一核心概念的哲学与工程学界定。我们首先回顾了连续时间系统分析的基础，如拉普拉斯变换和频域分析方法。随后，重点转向离散时间系统的建模。详细阐述了如何利用有限差分方程和Z变换来精确描述和分析采样数据系统的动态特性。内容包括状态空间表示法在离散系统中的应用，以及如何处理非线性系统的线性化近似模型。特别关注了如何从物理原理推导出系统的数学模型，并讨论了模型简化与不确定性对控制性能的影响。 第二章：离散时间系统分析 本章是理解系统内在行为的关键。我们系统性地分析了离散时间系统的稳定性判据。除了经典的Schur-Cohn判据外，本书详细介绍了基于状态空间模型的离散时间系统稳定性判据，如李雅普诺夫稳定性理论在离散系统中的应用。接着，深入探讨了系统的时域响应特性，包括单位脉冲响应、阶跃响应的计算与分析。本章还引入了系统在不同激励下的稳态误差分析，为后续的性能指标设定奠定了基础。 第三章：信号采样与量化效应 控制系统的物理世界与数字处理世界之间的桥梁在于信号的采样与量化。本章细致剖析了理想采样过程的数学特性，并重点分析了采样定理（Nyquist-Shannon定理）在实际工程中的应用与局限性。更重要的是，本书详细讨论了量化误差（量化噪声）对系统精度的影响，并提出了减小量化误差的策略，如抖动技术和高精度A/D转换器的选择原则。对于脉冲宽度调制（PWM）等信号重建技术，也进行了深入的理论推导和性能评估。 第二部分：控制律的设计与实现 在建立了系统模型和理解了离散化效应之后，本部分聚焦于设计能够满足特定性能要求的反馈控制律。 第四章：经典控制方法的离散化与应用 本章将经典连续时间控制理论（如PID控制）无缝过渡到离散域。详细讲解了常用的离散化技术，包括零阶保持器（ZOH）、一阶保持器（FOH）以及双线性变换（Tustin's Method）的原理、优缺点及适用场景。对于PID控制器的参数整定，本书提供了基于频率响应分析和时域性能指标的系统化设计流程，并强调了在数字实现中如何避免积分饱和和微分先行带来的问题。 第五章：现代控制理论在离散系统中的设计 本章的核心是状态空间法的应用。我们首先复习了能控性和能观测性的概念，并以此为基础，详细阐述了极点配置（Pole Placement）技术。通过状态反馈矩阵的设计，实现了对系统闭环动态特性的精确塑造。随后，针对状态无法完全测量的系统，本书系统地介绍了观测器（Observer）的设计，如Luenberger观测器，以及如何将状态反馈与观测器结合，形成完整的状态估计与反馈控制结构（即分离原理的应用）。 第六章：最优控制设计原理 本章将控制设计提升至优化层面。引入了性能指标函数（代价函数）的概念，目标是使系统在满足约束条件下实现性能最优。详细介绍了LQR（Linear Quadratic Regulator）控制器的设计方法，包括代数黎卡提方程（ARE）的求解与应用。LQR的设计不仅保证了系统的稳定性，还提供了对控制能量和状态偏差的权衡机制。此外，本章还对卡尔曼滤波（Kalman Filtering）进行了详尽的阐述，将其视为在存在随机噪声和不确定性下的最优状态估计器，为鲁棒控制和自适应控制的设计打下基础。 第三部分：高级主题与面向应用的挑战 本书的最后部分着眼于应对更复杂的、现实世界中的工程挑战。 第七章：鲁棒控制与裕度分析 在实际系统中，模型参数总存在偏差或未建模动态。本章引入了鲁棒性的概念，即系统在面对不确定性时保持性能的能力。详细探讨了灵敏度函数和补灵敏度函数，并介绍了基于频率响应的稳健性指标，如增益裕度和相位裕度。通过输入-输出模型（如$H_{infty}$控制理论的离散化思路），本书提供了一种在频域内设计能够保证特定性能下限的控制器的系统性方法。 第八章：非线性系统的控制基础 虽然前述章节多基于线性模型，但许多现实系统本质上是非线性的。本章对非线性控制的入门概念进行了介绍。涵盖了如Backstepping（反步法）的基本思想，以及滑动模态控制（SMC）的设计原则。特别强调了如何利用局部线性化方法（如泰勒展开）来设计在特定工作点附近的有效控制器，并讨论了这些方法的局限性。 第九章：面向实际系统的实施与调试 本章将理论与硬件实现紧密结合。内容包括：数字控制器的实现结构（如定点与浮点运算的选择）、控制算法的软件架构设计，以及实时性要求（如采样周期的选择与抖动处理）。本章还讨论了硬件在环（HIL）仿真在验证控制算法中的重要性，并提供了实际工程案例中常见的调试技巧和故障诊断方法，确保读者能够成功地将理论设计转化为稳定可靠的物理系统。 --- 目标读者： 本书面向控制工程、自动化、电气工程、机械工程以及相关交叉学科的高年级本科生、研究生，以及致力于提升实践技能的工程技术人员。它要求读者具备微积分、线性代数以及基本的经典控制理论知识。通过对本书的学习，读者将能够独立完成从系统建模、性能分析到复杂控制器设计的全流程工作。

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我必须说，这本《Digital Control System Analysis and Design》是我近年来看过的最扎实、最全面的数字控制领域著作之一。我之所以这么说，是因为它在理论深度和实际工程应用之间找到了一个绝佳的平衡点。这本书的作者显然是一位经验丰富的控制工程师，他能够将复杂的理论知识转化为易于理解和操作的方法。我非常欣赏书中对各种控制算法的推导过程的严谨性。例如，在讲解数字PID控制器时，作者不仅给出了离散化后的差分方程，还详细阐述了前向欧拉法、后向欧拉法、双线性变换法等不同离散化方法的原理和优缺点，以及它们对控制器性能的影响。这种对细节的关注，对于理解算法的本质至关重要。此外，书中对系统的动态性能分析也做得非常出色。它不仅仅停留在简单的稳定性判断，而是深入探讨了系统的瞬态响应（如上升时间、超调量、调节时间）和稳态精度等指标，并提供了相应的分析工具和设计方法。我尤其对书中关于离散时间状态空间模型及其分析方法的讲解印象深刻。作者清晰地阐述了如何将连续时间状态空间模型离散化，以及如何利用离散时间状态空间模型来分析系统的能控性和能观性，并基于这些分析进行极点配置。这对于我理解和设计复杂的闭环控制系统非常有帮助。书中还包含了许多关于数字滤波器设计的讨论，这一点对于去除系统中的噪声、改善控制性能至关重要。我发现书中对几种常见的数字滤波器（如低通滤波器、高通滤波器）的原理和设计方法讲解得非常到位，这为我今后的实际应用打下了坚实的基础。总而言之，这本书为我提供了一个系统且深入的数字控制理论框架，并且紧密结合了工程实践，让我能够将学到的知识有效地应用于实际问题中。

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当我第一次拿到《Digital Control System Analysis and Design》这本书的时候，我并没有立刻着手阅读。我一直认为，数字控制系统是现代工程领域不可或缺的一部分，但它的理论知识似乎总是显得那么“遥不可及”。然而，当我真正沉下心来阅读这本书后，我发现，我的想法被彻底颠覆了。作者在讲解数字控制系统的基本原理时，采用了极其清晰和富有逻辑性的方法。我特别欣赏书中对Z变换的讲解。它不仅仅是罗列公式，而是通过将连续时间信号的傅里叶变换与离散时间信号的Z变换进行对比，让我能够理解Z变换在处理离散时间信号时的优势，以及它在时域和频域之间的映射关系。书中对离散时间系统稳定性分析的阐述，也让我感到豁然开朗。我之前一直对如何判断离散系统的稳定性感到困惑，但这本书通过详细讲解单位圆判据，以及根轨迹在Z平面的表现，让我能够直观地理解系统的稳定性与零极点位置的关系。我尤其喜欢书中关于数字PID控制器设计的章节。作者不仅给出了离散PID的各种实现形式，还深入分析了不同整定方法的原理和优缺点，并提供了如何在实际应用中进行参数整定的指导。这让我能够更有针对性地设计和优化PID控制器，从而获得更好的控制性能。此外，书中还对一些更高级的数字控制策略进行了介绍，例如模糊控制、神经网络控制等，这让我看到了数字控制系统在人工智能领域的应用潜力，也为我今后的学习指明了方向。这本书为我提供了一个全面而深入的数字控制系统学习体系，让我能够更自信地面对未来的工程挑战。

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老实说，自从我开始接触工程领域以来，我读过的控制理论书籍不在少数，但《Digital Control System Analysis and Design》这本书的出现，无疑让我对数字控制系统产生了全新的认识。它不仅仅是一本理论书籍，更像是一本“工程师手册”，能够指导我在实际工作中解决各种疑难杂症。我最喜欢的是书中关于数字控制器性能评估的部分。作者并没有简单地罗列各种性能指标，而是详细阐述了这些指标在数字控制系统中的具体含义，以及如何通过控制器设计来优化这些指标。例如，在讲解系统的瞬态响应时，书中不仅给出了上升时间、超调量、调节时间等经典指标的定义，还分析了它们与控制器零极点配置之间的关系，这让我能够更清晰地理解如何通过调整控制器参数来获得期望的动态响应。此外，书中对离散时间系统频率响应分析的讲解也让我受益匪浅。作者将连续时间系统的频率响应概念巧妙地迁移到了Z域，并详细介绍了如何利用伯德图、奈奎斯特图等工具来分析离散时间系统的频率特性，以及如何根据频率响应特性来设计数字控制器。这对于我理解系统的鲁棒性和稳定性裕度至关重要。书中还包含了一些关于数字反馈控制系统中常见非线性问题的讨论，例如死区、饱和等，并提供了一些处理这些问题的基本方法。这一点对于我在处理实际工程中的非线性系统非常有启发。这本书的内容非常丰富，从基础理论到高级应用，覆盖了数字控制系统的各个方面，让我能够系统地学习和掌握这门重要的工程技术。

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《Digital Control System Analysis and Design》这本书，在我看来，是一部真正能够“落地”的数字控制理论专著。我之所以这么说，是因为它并没有将理论知识束之高阁，而是紧密结合了实际工程应用的各种需求和挑战。书中对数字采样过程的分析，就远不止于理论上的采样定理。作者深入探讨了采样频率的选择、采样保持器的类型及其对系统性能的影响，例如零阶保持器的纹波效应、一阶保持器的相位滞后等。这些细致的分析，对于在实际系统中选择合适的采样策略至关重要。我尤其赞赏书中关于数字滤波器设计的章节。在实际的数字控制系统中，噪声往往是影响系统性能的关键因素。这本书详细介绍了多种数字滤波器的设计方法，包括巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器等，并给出了具体的系数计算方法和实现方式。这为我今后在实际项目中处理噪声问题提供了有力的工具。此外，书中对离散时间系统稳态误差分析的讲解也让我印象深刻。作者不仅给出了不同类型离散时间系统（如0型、1型、2型系统）的稳态误差公式，还分析了如何通过控制器设计来减小稳态误差，例如引入积分环节。这一点在很多对系统精度要求较高的应用场景下都非常关键。书中还详细介绍了多种数字控制器实现方法，包括直接离散化法、模型匹配法等，并分析了它们在实现精度和计算复杂度上的差异。这对于我理解不同控制器在实际硬件上如何实现，以及如何权衡性能和资源有着重要的指导意义。总而言之，这本书让我深刻认识到，数字控制并非简单的数学游戏，而是将数学理论转化为实际工程解决方案的关键技术，而这本书正是帮助我掌握这一技术的绝佳读物。

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这本《Digital Control System Analysis and Design》的出版，无疑为我这样的工业界工程师提供了一份宝贵的参考资料。我们日常工作中常常需要处理各种需要数字控制的设备和流程，而这本书恰好填补了我在理论深度和工程实践之间的鸿沟。最让我印象深刻的是书中对实际工程中常见问题的分析和解决方案。例如，在讲解采样率选择时，作者不仅仅停留在理论上的奈奎斯特-香农采样定理，而是结合了噪声、量化误差、控制器带宽等实际因素，给出了如何权衡采样率与系统性能的详细指导。这一点对于避免在实际设计中走弯路非常有帮助。我尤其赞赏书中关于系统辨识的章节。很多时候，我们面对的被控对象模型并不完全清楚，或者模型会随时间发生变化。这本书详细介绍了多种系统辨识的方法，包括从时域数据到频域数据的转换，以及各种模型阶数选择和参数估计的算法。这让我能够更加有效地从实测数据中提取系统的动态特性，从而设计出更符合实际需求的控制器。另外，书中对数字控制器实现的具体考量也十分细致。例如，在讲解数字PID实现时，书中不仅给出了差分方程的形式，还讨论了量化效应、溢出问题以及如何利用定点运算和浮点运算来优化实现。这些看似细枝末节但却至关重要的工程细节，正是工程师在实际开发中经常会遇到的难点。书中还提供了大量的计算实例和仿真分析，这对于我验证理论知识的有效性和掌握具体操作技巧大有裨益。通过书中提供的仿真代码（尽管书中未直接提供代码，但思路和算法讲解非常清晰，很容易转化为实际代码），我能够直观地看到不同控制器参数和设计方法对系统响应的影响，从而加深理解，避免盲目试错。这本书不仅仅是一本理论教材，更是一本解决实际工程问题的“工具书”。

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当我翻开《Digital Control System Analysis and Design》这本书的时候，我抱着一种“了解一下”的心态。我之前对数字控制的理解，主要停留在一些零散的概念，比如采样、量化等等，但缺乏一个系统性的认识。这本书就像一个经验丰富的向导，带我一步步深入了解数字控制的精髓。最让我印象深刻的是，作者在讲解每一个概念时，都极其注重其物理意义和工程背景。他并没有枯燥地罗列数学公式，而是通过生动的类比和实际的工程案例，让我能够深刻理解每一个数学模型和每一个控制策略背后的含义。例如，在讲解数字控制器实现时，书中详细分析了数字控制器相对于模拟控制器的优势，比如不受元器件老化影响、易于修改参数、可以实现复杂的控制算法等，这让我能够更直观地认识到数字控制在现代工程中的必要性。书中对状态空间法的讲解也让我受益匪浅。虽然我之前接触过连续时间状态空间模型，但对于离散时间状态空间模型的理解一直有些模糊。这本书通过清晰的推导和实例，让我能够掌握如何从系统方程推导出离散时间状态空间模型，以及如何利用该模型进行系统分析和控制器设计。我尤其喜欢书中关于模型预测控制（MPC）的介绍。虽然MPC是一个相对复杂的概念，但作者通过循序渐进的讲解，让我能够逐步理解其核心思想和基本框架，并认识到其在处理约束条件和优化性能方面的巨大潜力。这本书的结构安排也十分合理，从基础的离散化方法到高级的控制策略，层层递进，让我能够逐步建立起对数字控制系统的全面认识。这本书为我提供了一个坚实的理论基础，也为我今后的工程实践提供了丰富的思路和方法。

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《Digital Control System Analysis and Design》这本书，在我看来，是一部真正意义上的“经典之作”。它并没有追逐那些过于前沿但可能脱离实际的应用，而是踏实地从数字控制系统的基础理论出发，逐步深入到各种分析与设计方法。我非常欣赏作者在讲解离散化方法时所展现出的严谨性。他不仅仅是给出了各种离散化公式，而是详细阐述了每种方法的原理、适用范围以及可能带来的误差。例如，在讲解零阶保持器时，作者不仅说明了其作为一种数据维持机制的原理，还深入分析了它在频率域上引入的幅度衰减和相位延迟，以及这些效应如何影响系统的闭环性能。这一点对于我理解离散化过程对系统动态特性的影响至关重要。书中对离散时间系统传递函数模型的讲解也让我受益匪浅。作者通过清晰的数学推导，让我能够理解如何从输入输出关系建立离散时间系统的传递函数，以及如何利用传递函数来分析系统的特性，例如零极点、增益等。我尤其喜欢书中关于系统辨识的章节。在实际工程中，我们往往很难获得精确的系统模型。这本书详细介绍了多种从实验数据辨识离散时间系统模型的常用方法，并提供了相应的算法和实例。这为我今后在实际项目中进行系统建模提供了非常有价值的参考。此外，书中对数字PID控制器的改进型设计，例如抗积分饱和、死区补偿等，也让我看到了传统PID控制器的更多可能性。这本书的内容极其丰富，涵盖了数字控制系统的各个重要方面，为我提供了一个坚实而全面的理论基础，也为我今后的工程实践提供了宝贵的指导。

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对于我而言，这本《Digital Control System Analysis and Design》是一次意想不到的惊喜。起初，我拿到它的时候，并没有抱太大的期望，以为又是一本充斥着枯燥公式的教科书。然而，当我深入阅读后，我发现它远超我的预期。最让我感到耳目一新的是作者在讲解概念时的“可视化”思维。他似乎总是能想到最直观的方式来解释那些抽象的数学原理。比如，在讲解Z变换时，他并没有仅仅罗列公式，而是通过将连续时间信号在时域上的行为与离散时间信号在Z域上的极点和零点位置联系起来，让我能够从几何上理解Z变换的意义。同样，在分析系统的稳定性时，书中对单位圆内外的根位置与系统稳定性的关系进行了生动的阐释，让我能够用一种“看地图”的方式来判断系统的稳定性。这种将抽象概念具象化的能力，是许多同类书籍所缺乏的。其次，这本书在内容编排上也极具匠心。它循序渐进，从基础的离散化方法讲起，逐步过渡到各种控制器的设计，再到更复杂的系统分析和先进控制策略。每一个章节的内容都紧密相连，前后呼应，形成了一个完整的知识体系。让我特别满意的是，书中对各种控制算法的优缺点以及适用场景进行了深入的对比分析。例如，在讲解PID控制器和状态空间控制器的不同时，书中清晰地指出了PID的直观易懂和易于实现的优点，以及其在处理复杂系统时的局限性；而状态空间法则能更好地处理多变量系统，但其设计和实现过程可能更复杂。这种基于比较的分析，帮助我更清晰地认识到不同方法的适用范围，从而在实际应用中做出更明智的选择。这本书让我对数字控制系统有了更深层次的理解，它不仅教会了我“如何做”，更教会了我“为什么这样做”，这对于提升我的理论水平和工程实践能力都起到了至关重要的作用。

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坦白说，《Digital Control System Analysis and Design》这本书的出现，对我个人在学术研究方向的选择上产生了不小的影响。我之前一直对连续时间系统控制情有独钟，对数字控制总觉得有些“隔靴搔痒”的感觉。然而，随着科技的飞速发展，几乎所有的控制系统都不可避免地会涉及数字化，数字控制的重要性日益凸显。这本书正是抓住了这一趋势，并以一种极其引人入胜的方式向我展示了数字控制的魅力。我尤其欣赏书中在讲解离散时间系统的建模方法时所展现出的清晰度和逻辑性。作者从基础的模拟采样过程讲起，详细阐述了采样定理的意义，以及如何从连续时间系统模型导出离散时间系统模型。他对于不同离散化方法的比较，比如零阶保持器、一阶保持器等，以及它们对系统动态特性的影响，都进行了非常细致的分析，这让我能够根据实际情况选择最合适的离散化方法。书中对离散时间系统稳定性分析的部分，也让我豁然开朗。对于像我这样习惯了在s平面上分析根轨迹的人来说，理解Z平面上的单位圆以及极点与稳定性的关系确实需要一个过程。这本书通过丰富的图例和直观的比喻，让我能够轻松地理解离散系统稳定性的判定准则，并掌握如何通过改变控制器参数来调整系统的稳定性。更让我惊喜的是，书中还深入探讨了数字控制器的设计方法。除了经典的PID控制器，我还学习到了如何利用Z域的根轨迹法和频率响应法来设计数字控制器，以及如何将连续时间的控制器离散化。这些方法不仅理论严谨，而且在实际工程中有着广泛的应用。这本书为我打开了通往数字控制世界的大门，让我看到了这个领域蕴含的巨大潜力和广阔前景，也激发了我进一步深入研究的兴趣。

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在我拿到这本《Digital Control System Analysis and Design》之前，我对数字控制理论的认知还停留在比较零散的状态。我曾零星接触过一些数字滤波、采样定理之类的概念，但始终缺乏一个系统性的框架来理解它们在实际控制系统设计中的应用。这本书的出现，就像一盏明灯，为我拨开了层层迷雾。我尤其欣赏它在基础理论讲解上的严谨与深入。作者并没有直接跳入高深的算法，而是从离散化、Z变换等基本工具的推导开始，一步步构建起理解数字控制系统的数学模型。这对于我这样的初学者来说至关重要，它帮助我建立起扎实的数学功底，不再畏惧那些复杂的公式和定理。书中对稳定性分析的讲解也让我受益匪浅。传统的连续时间系统稳定性分析我尚能应付，但数字控制系统引入了采样点，如何判断离散系统的稳定性，以及各种稳定域的图形化表示，对我来说一度是难以理解的难题。这本书通过大量的图示和实例，清晰地阐释了奈奎斯特稳定性判据在离散系统中的应用，以及根轨迹法、伯德图法等经典方法的演化，让我能够直观地理解系统的动态行为。此外，书中对控制器设计方法的介绍也十分全面。PID控制器作为最基础但又最常用的控制器，作者不仅讲解了离散PID的推导，还深入分析了不同参数整定的策略，以及如何根据系统特性选择最优的整定方法。更让我惊喜的是，书中还涵盖了更高级的控制策略，如状态空间法、极点配置法等，这些方法在处理多输入多输出（MIMO）系统和具有复杂动态特性的系统时显得尤为强大。作者在讲解这些高级方法时，也始终坚持循序渐进的原则，通过清晰的数学推导和直观的物理意义解释，让我能够逐步掌握这些先进的设计理念。总而言之，这本书为我提供了一个完整的数字控制系统分析与设计体系，让我能够更自信地面对各种实际工程问题。

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