Adaptive Control Tutorial

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出版者:
作者:Petros A. Ioannou
出品人:
页数:184
译者:
出版时间:2007-8
价格:$ 111.87
装帧:
isbn号码:9780898716153
丛书系列:
图书标签:
  • 控制工程
  • adaptive_control
  • 自适应控制
  • 控制理论
  • 现代控制
  • 机器人控制
  • 航空航天控制
  • 优化算法
  • 非线性系统
  • 系统辨识
  • 控制工程
  • 教程
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具体描述

Designed to meet the needs of a wide audience without sacrificing mathematical depth and rigour, Adaptive Control Tutorial presents the design, analysis, and application of a wide variety of algorithms that can be used to manage dynamical systems with unknown parameters. Its tutorial-style presentation of the fundamental techniques and algorithms in adaptive control make it suitable as a textbook. Adaptive Control Tutorial is designed to serve the needs of three distinct groups of readers: engineers and students interested in learning how to design, simulate, and implement parameter estimators and adaptive control schemes; graduate students who also want to understand the analysis of simple schemes and get an idea of the steps involved in more complex proofs; and advanced students and researchers who want to study and understand the details of long and technical proofs with an eye toward pursuing research in adaptive control or related topics.

现代信号处理导论:从理论基础到前沿应用 本书聚焦于现代信号处理领域的核心概念、数学框架及其在工程实践中的广泛应用。它旨在为读者,无论其背景是电子工程、计算机科学还是应用数学,提供一个系统、深入且易于理解的学习路径,从经典的傅里叶分析过渡到现代的随机过程理论和时频分析技术。 本书的结构经过精心设计,旨在构建一个坚实的理论基础,并逐步引向当前信号处理领域的研究热点和工业应用。内容涵盖范围广阔,但叙述严谨,注重清晰的数学推导与直观的物理意义相结合。 --- 第一部分:离散时间信号与系统基础 本部分是理解整个信号处理框架的基石。我们首先回顾连续时间信号和系统的基本性质,然后迅速转向离散时间系统的核心——采样理论。 1. 离散时间信号的表示与基本操作: 详细阐述了离散时间信号的定义、基本序列(如单位冲激序列、单位阶跃序列)的性质。深入讨论了周期性、能量和功率信号的概念,并引入了信号分类的重要性。 2. 线性时不变 (LTI) 系统的分析: LTI 系统是信号处理分析的核心模型。本书详细讲解了卷积和累积积的数学定义及其性质。通过输入-输出关系,阐明了系统的冲激响应在完全表征LTI系统中的关键作用。我们不仅展示了理论推导,还通过实例说明了如何使用这些工具来预测系统对任意输入的响应。 3. 离散时间傅里叶变换 (DTFT): 作为傅里叶分析在离散时间域的延伸,DTFT是连接时域和频域的桥梁。本书详尽解释了DTFT的定义、收敛条件、以及其重要的对偶性质,特别是周期性和矩形窗函数的频谱泄漏效应。我们着重分析了DTFT的几何解释,帮助读者理解频率“折叠”和混叠现象的本质。 4. 离散傅里叶变换 (DFT) 与快速傅里叶变换 (FFT): DFT是实际计算的基石。本书不仅介绍了DFT的定义、性质和与DTFT的关系,还深入探讨了高效计算算法——FFT。我们详细分析了蝶形运算和序列分解的原理,并对比了不同FFT算法(如Cooley-Tukey算法)的计算复杂度,为读者在实际的数字信号处理器 (DSP) 或通用处理器上实现高效处理打下基础。 5. Z变换:系统分析的强大工具: Z变换被引入作为DTFT的推广,尤其擅长处理非周期和非因果系统。本书详尽阐述了Z变换的定义、收敛域 (ROC) 的概念及其物理意义(稳定性、因果性判断)。通过部分分式分解法,我们演示了如何从传递函数(系统函数)直接求解系统的时域响应。 --- 第二部分:滤波器设计与系统实现 本部分将理论知识应用于构建实际的信号处理模块——数字滤波器。重点在于理解滤波器的分类、设计标准以及在有限精度下的实现挑战。 6. 数字滤波器的基本分类与性能指标: 区分了无限脉冲响应 (IIR) 滤波器和有限脉冲响应 (FIR) 滤波器。详细讨论了滤波器的关键性能指标,如通带/阻带衰减、过渡带宽度、群延迟和相位线性度。通过这些指标,引导读者理解不同滤波器类型的优势与劣势。 7. FIR 滤波器设计方法: FIR 滤波器因其线性相位特性在许多应用中具有不可替代的地位。本书重点介绍了几种主流的FIR设计方法,包括: 窗函数法 (Windowing Method): 详细分析了理想频率响应的截断误差,并对比了矩形窗、汉宁窗、海明窗等不同窗函数的频谱特性及其对阻带衰减的影响。 频率采样法: 适用于特定频谱形状的滤波器设计。 最优等波纹 (Parks-McClellan) 算法: 介绍了Remez交换算法的原理,该算法能够设计出在给定约束下具有最小最大波纹的滤波器。 8. IIR 滤波器设计方法: IIR 滤波器因其在低阶下能实现陡峭的过渡带而被广泛使用。本部分着重于将连续时间滤波器转换为离散时间滤波器的方法: 冲激不变法 (Impulse Invariance): 分析其频率响应的周期性复制问题。 双线性变换法 (Bilinear Transformation): 详细推导了预畸变技术,解释了它如何避免频率混叠,并探讨了对频率响应的压缩效应。 经典模拟滤波器(巴特沃斯、切比雪夫)的映射: 展示如何利用标准模拟原型来设计IIR数字滤波器。 9. 滤波器实现与量化效应: 讨论了直接形式、级联形式和并联形式的滤波器结构,及其在计算效率和对舍入误差的敏感度上的差异。重点分析了定点运算中的量化噪声对滤波器性能的影响。 --- 第三部分:随机信号处理与参数估计 本部分将信号处理扩展到处理包含不确定性和噪声的随机过程,这是现代通信、雷达和控制系统分析的必要工具。 10. 随机过程的基本概念: 引入了随机过程的数学模型,包括均值函数、自相关函数和互相关函数。深入探讨了广义平稳过程 (WSS) 和平稳过程 (SS) 的定义及其在功率谱密度 (PSD) 分析中的意义。 11. 功率谱密度 (PSD) 的估计: PSD是描述随机信号频域特性的关键。本书区分了两种主要的估计方法: 非参数方法: 详述了周期图法(直接和平均周期图)的局限性(方差大,分辨率低)。随后重点介绍Welch法,分析其如何通过重叠分段和窗函数来降低方差。 参数方法: 介绍了基于自回归 (AR) 模型(如Yule-Walker方程)的谱估计方法,强调其高分辨率潜力。 12. 线性最优滤波:维纳滤波器 (Wiener Filter): 维纳滤波器是最小均方误差 (MMSE) 准则下的最优线性滤波器。本书详细推导了维纳滤波器的设计方程,并将其应用于平稳信号的预测、平滑和去噪问题。讨论了维纳滤波器在实际应用中需要预知输入和噪声的自相关函数的挑战。 13. 随机过程的现代估计:卡尔曼滤波引论: 卡尔曼滤波作为最优线性状态估计器,在导航、定位和跟踪中占据核心地位。本书简要概述了卡尔曼滤波的预测-更新(或称时间更新-测量更新)循环,重点解释了协方差矩阵在估计不确定性传播中的作用,为读者理解更复杂的非线性滤波(如扩展卡尔曼滤波)奠定基础。 --- 第四部分:时频分析与先进主题 本部分关注信号的时变特性,处理传统傅里叶分析无法有效解决的非平稳信号问题。 14. 时频表示的基本方法: 解释了为什么对于非平稳信号(如语音、地震波),仅有频率信息是不够的。介绍了时间-频率分布的概念。 15. 短时傅里叶变换 (STFT): 作为最直接的时频分析工具,本书详细分析了STFT的实现方式,即加窗滑动傅里叶变换。关键在于讨论了时间窗和频率窗之间的不确定性原理(Trade-off):窗的长度决定了时间分辨率和频率分辨率的平衡,并解释了这一局限性。 16. 小波变换 (Wavelet Transform) 基础: 将小波变换作为STFT的有力替代方案。解释了小波函数(母小波)的特性,以及连续小波变换 (CWT) 如何提供多分辨率分析的能力,即在低频(长时)使用宽带小波,在高频(短时)使用窄带小波,从而突破了STFT的固定分辨率限制。 --- 本书的特色在于: 理论推导详尽,紧密结合实际的工程应用案例,并且对算法的计算复杂度和实际实现的限制进行了深入的讨论,确保读者不仅理解“是什么”,更能掌握“如何做”以及“为何这样做”。全书贯穿着大量的 MATLAB/Python 示例代码和仿真练习,以巩固抽象概念。

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读后感

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用户评价

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坦白讲,我对《Adaptive Control Tutorial》的初印象,更多的是一种对学习新领域的好奇和期待。我一直认为,能够持续学习并掌握新知识,是技术人员保持竞争力的关键。自适应控制这个领域,对我来说,曾经是有些神秘的。我只知道它在动态变化的环境下表现出色,但具体是如何做到这一点的,一直没有一个清晰的概念。我希望能通过这本书,将那些模糊的认识转化为具体的理解。我尤其希望它能帮助我理解自适应控制的核心思想:如何设计一个控制器,使其在不知道系统精确模型的情况下,也能保证系统的稳定性和性能。这其中涉及到的“学习”过程,对我来说是最大的吸引力。这本书的标题中带有“Tutorial”这个词,这让我觉得它可能不是一本纯粹的学术专著,而是更侧重于教学和指导。我希望它能包含一些直观的解释,甚至是一些类比,来帮助初学者建立起对自适应控制的基本框架。如果它能提供一些易于理解的算法讲解,并辅以图示或者伪代码,那将是极大的帮助。毕竟,理论再美,落地才能生根。

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《Adaptive Control Tutorial》这本书,说实话,我当初选择它的时候,确实是被“自适应控制”这个概念吸引了。毕竟,在很多工程应用中,我们遇到的系统都不是静态不变的,外部环境会变化,系统本身的参数也可能漂移。这时候,如果控制系统能够“见机行事”,根据实际情况调整自己的策略,那效率和稳定性肯定会大大提升。我一直觉得,这才是真正“智能”的控制。拿到书后,我并没有立刻深入到公式推导的细节里,而是先浏览了一下目录和前言。从我当时的感受来看,这本书的结构安排似乎是循序渐进的,从基础的自适应控制原理讲起,然后逐步引入更复杂的算法和应用场景。我很看重这一点,因为很多理论性的书籍,如果不从一个扎实的基础开始,读者很容易迷失在抽象的概念中。我期待它能清晰地解释“为什么”需要自适应控制,以及“如何”实现自适应。比如,是否会解释清楚自适应的几种主要机制,像是模型参考自适应控制(MRAC)和自调整(Self-Tuning)控制,它们各自的优缺点和适用范围。我尤其对那些能够通过实际案例来阐述理论的书籍充满好感,因为这能帮助我更好地理解抽象的数学模型是如何应用到解决实际问题的。如果这本书能在这方面做得足够好,那我肯定会非常满意。

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《Adaptive Control Tutorial》这本书,我关注的重点在于它能否帮助我理解自适应控制在复杂系统中的应用潜力。我目前的研究方向是航空航天领域,特别是涉及飞行器姿态控制和轨迹跟踪。这些系统往往具有高度的非线性和耦合性,而且在不同的飞行状态下,其动力学模型也会发生显著的变化。我希望这本书能够提供一些关于如何设计自适应控制器,以应对这些复杂动态和参数变化的方法。我尤其感兴趣的是,这本书是否会讨论一些高级的自适应控制技术,例如模糊自适应控制、神经网络自适应控制等,以及它们在处理强非线性系统时的优势。同时,我也希望能够从中了解如何对自适应控制器的性能进行评估和验证,包括稳定性、收敛速度以及抗干扰能力等方面的指标。如果书中能够提供一些与航空航天领域相关的实际案例分析,并展示自适应控制技术是如何解决这些具体问题的,那将对我极具启发意义。

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阅读《Adaptive Control Tutorial》这本书,我的主要动机是希望能够为我在工业自动化领域的实际项目提供更先进的解决方案。我们实验室正在开发一些需要应对不可预测干扰和系统退化的机器人系统,而传统的固定参数控制器在这种情况下表现往往不尽如人意。我一直在寻找一种能够让控制器“自己学会”如何应对这些变化的方法,而自适应控制正是我认为最有可能的途径。我期待这本书能够详细介绍一些当前主流的自适应控制算法,并且能够深入分析它们的数学原理,同时也能提供一些在实际工程中应用这些算法的指导。我非常关心的是,这些算法在面对传感器噪声、执行器饱和等实际工程问题时,其鲁棒性如何,以及是否存在一些工程上的实现技巧和注意事项。如果这本书能够提供一些代码示例,哪怕是伪代码,那将大大缩短我将理论知识转化为实际应用的周期。我希望它能解答我关于如何选择合适的自适应律,如何设计参考模型,以及如何在离线训练和在线适应之间取得平衡等方面的疑问。

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当我看到《Adaptive Control Tutorial》这本书的时候,我的脑海里立刻浮现出无数个可能解决现实问题的情景。我目前的工作涉及到了对非线性系统进行精准控制,但这些系统的动态特性往往会随着时间和工况的变化而改变,这给传统 PID 控制器带来了巨大的挑战。我一直在思考,有没有一种控制策略,能够动态地调整自身的参数,以适应这些不断变化的情况。自适应控制这个概念,我之前也接触过一些,但总觉得停留在比较浅显的层面,缺乏系统性的理解。我希望这本书能够提供一个深入的视角,让我能够理解自适应控制背后的数学理论,例如Lyapunov稳定性理论在自适应控制中的应用,以及如何设计有效的自适应律来保证闭环系统的稳定性。此外,我特别关注书籍在介绍算法时,是否能够提供清晰的推导过程,以及对算法的收敛性和性能的理论分析。如果这本书还能够涵盖一些关于如何处理模型不确定性和外部扰动的自适应控制方法,那将是对我非常有价值的补充。

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