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页数:312

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出版时间:2003-3

价格:12.00元

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isbn号码:9787810547215

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现代控制理论基础及其应用 本书旨在全面、深入地阐述现代控制理论的核心概念、基本方法及其在工程实践中的广泛应用，为读者提供一个坚实而系统的理论框架。 第一部分：线性系统理论与状态空间方法 第一章：连续时间线性定常（LTI）系统的描述与分析 本章首先引入系统、模型和控制的基本概念，明确 LTI 系统的数学描述——微分方程组。重点解析状态空间表示法（State-Space Representation），包括状态变量的选择、系统矩阵（A, B, C, D）的物理意义及其对系统动态特性的决定作用。详细推导解的结构，利用矩阵指数 $e^{At}$ 揭示系统的自由响应和零输入响应。深入探讨能控性（Controllability）与能观测性（Observability）的概念，这是现代控制理论的基石。通过判别矩阵（如卡鲁姆矩阵）分析系统的内在属性。引入最小实现理论，探讨系统阶次的概念，以及状态空间模型的简化与等效变换。 第二章：离散时间系统分析 针对数字控制器的设计需求，本章系统地介绍离散时间系统的建模与分析。利用Z 变换方法处理差分方程，建立离散系统的状态空间模型。详述离散系统的稳定性判据，如 Jury 判据，并将其与连续时间的 Routh-Hurwitz 判据进行对比。讨论离散时间系统的能控性和能观测性判据，并与连续时间系统进行类比分析。引入采样与量化对系统动态性能的影响，为后续的控制器设计打下基础。 第三章：线性系统的稳定性理论 稳定性是控制系统的首要要求。本章从李雅普诺夫（Lyapunov）意义下的稳定性定义出发，系统梳理李雅普诺夫稳定性理论。着重阐述李雅普诺夫直接法（即二次型李雅普诺夫函数法），这是分析非线性系统稳定性的强大工具，并详细推导 LTI 系统存在二次型李雅普诺夫函数的充要条件（Lyapunov 方程）。此外，还将介绍基于特征值的稳定性判据，如连续时间系统的根在地平线左侧、离散时间系统的根在单位圆内等。 第二部分：状态反馈控制与观测器设计 第四章：状态反馈控制设计 本章核心在于如何利用系统的全部状态信息来改变系统的动态性能。系统阐述极点配置（Pole Placement）理论，证明 LTI 系统是能控的当且仅当其所有极点可以任意配置。详细讲解Ackermann 公式在单输入系统中的应用，以及适用于多输入系统的基于反馈矩阵的求解方法。讨论限制输入的饱和效应和状态反馈下的系统性能指标（如暂态响应、稳态误差）。引入输出反馈的局限性，从而过渡到需要状态观测器的场景。 第五章：状态观测器的设计 在实际工程中，系统状态往往不能直接测量。本章聚焦于如何利用系统的输入和输出信息来估计内部状态。系统介绍状态观测器（State Observers）的概念，包括全阶观测器和降阶观测器（如 Luenberger 观测器）。推导观测器增益的选择方法，证明观测器误差系统的稳定性与原系统是解耦的（即可以通过选择观测器增益来配置误差系统的极点）。详细分析观测器设计中的带宽选择对估计精度和噪声敏感度的影响。 第六章：观测反馈与分离原理 本章整合前两章的成果，阐述分离原理（Separation Principle）。详细证明在 LTI 系统中，最优状态估计（由观测器提供）与最优状态反馈控制器的设计可以相互独立地进行，即分离性定理。在此基础上，引出卡尔曼- B 滤波器的基础，作为最优状态估计的理论框架。讨论观测反馈控制系统的整体结构和性能分析。 第三部分：最优控制与鲁棒性基础 第七章：线性二次型调节器（LQR） 最优控制是现代控制理论的高级阶段。本章以线性二次型调节器（LQR）问题为核心，目标是在给定状态权重和输入权重下的性能指标函数最小化。详细推导代数黎卡提方程（Algebraic Riccati Equation, ARE），并展示其解与最优反馈增益矩阵 $K$ 之间的关系。讨论 LQR 设计的权矩阵（Q 和 R）的选择原则及其对控制性能（响应速度、控制能量消耗）的权衡影响。 第八章：系统辨识与模型简化 在无法精确获得系统参数时，需要依赖实验数据进行辨识。本章简要介绍系统辨识的基本概念，包括时域辨识和频域辨识。重点介绍子空间辨识方法的基础思想，利用输入输出数据直接估计系统的状态空间矩阵。同时，讨论如何基于辨识结果或理论模型对高阶系统进行模型降阶（Model Reduction），如平衡截断法，以适应实时控制器的计算能力。 第九章：鲁棒控制初步 现代工程系统面临不确定性（模型误差、参数扰动）。本章引入鲁棒性（Robustness）的概念，探讨系统在模型不确定性下的稳定性。介绍小增益定理（Small Gain Theorem）的基本思想，作为分析反馈系统鲁棒稳定性的有力工具。初步探讨 H-无穷范（$H_infty$ Norm）在量化系统性能和不确定性放大程度上的应用，为更深入的鲁棒控制学习提供初步认识。 附录：矩阵代数复习与控制工程实例 附录部分回顾了控制理论中常用的矩阵分析工具，如矩阵的相似变换、特征值分解、Jordan 标准型等。并精选若干典型的工程应用案例，涵盖机械臂控制、飞行器姿态控制、过程控制等领域，展示状态空间方法和反馈设计在实际问题中的应用流程与效果评估。 本书特色： 本书结构严谨，逻辑清晰，由浅入深，理论推导详尽而不失工程直观性。特别注重能控性、能观测性与李雅普诺夫稳定性等基础理论的深刻理解，并强调这些理论在 LQR、观测器设计等具体方法中的体现。适合高等院校控制工程、自动化、电子信息等专业的高年级本科生、研究生及从事相关领域的工程师阅读和参考。

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这本书在理论深度和实用性之间找到了一个近乎完美的平衡点。它没有为了追求“学术性”而过度地沉溺于那些偏僻的、在实际应用中极少用到的角落，也没有为了“易读性”而牺牲掉必要的严谨性。每一个引入的理论工具，都似乎带着一个清晰的“使用说明书”。我特别注意到，在一些基础概念的阐述后，总能看到对该概念在后续章节中如何发挥作用的预设和铺垫，这极大地增强了学习的连贯性和目标感。它更像是一本“实战手册”而非单纯的“理论百科全书”。对于我这种需要为未来的研究方向打基础的人来说，这种注重“可操作性”的编排方式极其宝贵。它教会你如何思考，如何应用这些工具去解决问题，而不是仅仅停留在“知道”这个层面。它提供的不仅是知识，更是一种解决问题的思维框架，这是任何一本优秀的教材都应具备的品质。

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这本书的语言风格非常沉稳、严谨，但又透着一股恰到好处的亲切感，完全没有那种高高在上的学院派腔调。很多晦涩难懂的定理和证明，作者都能用一种非常克制但又精准的语言去阐述，不卖弄深奥，也不刻意迎合小白。我特别欣赏它在解释一些关键概念时的那种“不厌其烦”，但这种不厌其烦绝不是啰嗦，而是用最经济的词汇去覆盖所有可能的理解偏差。举个例子，在某些涉及抽象向量空间的讨论中，它会巧妙地穿插一些具体的、生活化的类比，帮助读者搭建起直观的桥梁，但这种类比又点到为止，绝不会喧宾夺主，让读者忘记了数学的本质。阅读时，你感觉像是在跟一位经验丰富、极富耐心的导师进行一对一的交流，他知道你什么时候会感到困惑，并提前准备好了清晰的解释。这种恰如其分的语气把控，使得长时间的阅读变得非常享受。

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这本书的排版真是让人眼前一亮，那种设计感，光是翻阅起来就觉得心情舒畅。纸张的质感摸上去很舒服，厚度适中，不是那种一捏就皱巴巴的廉价纸张。字体大小和行距的把握恰到好处，阅读起来一点都不会觉得累。我通常阅读时间比较长，很多教材的排版对我来说都是一个挑战，不是字太小压眼睛，就是行距太密让人心烦。但这本书，真的是从读者的角度出发去考虑了每一个细节。而且，它的插图和公式的呈现方式也特别清晰，那些复杂的矩阵运算和几何变换的示意图，用这种高质量的印刷出来的效果，比屏幕上看要直观得多，一下子就抓住了核心概念。装帧也相当结实，感觉可以经受住我这种经常需要翻来翻去、甚至偶尔会带出门在咖啡馆里研究的“摧残”。如果说学习是一场修行，那么这本书的物理呈现，无疑是提供了一个非常舒适的“道场”。这种对细节的尊重，往往能从侧面反映出作者和编辑团队对内容质量的自信和用心，让人在尚未深入研究内容时，就先有了一个良好的第一印象。

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我最近在整理以前的笔记，对比了好几本不同的参考书，感觉这本在逻辑结构的组织上做得尤为出色。它不像有些教材那样，概念堆砌得生硬，而是非常注重知识点之间的内在联系。比如在讲到线性变换和矩阵的对应关系时，它是循序渐进地将抽象的理论具象化，而不是简单地抛出一个定义然后就要求读者去死记硬背。尤其是对特征值和特征向量的讲解部分，作者似乎花了很多心思去构建一个连贯的思维路径，让你能真正理解“为什么”需要这些工具，而不是仅仅知道“怎么用”它们来解题。对于我这种偏爱深度理解而非肤浅套用公式的学习者来说，这种结构上的清晰度简直是救命稻草。阅读过程中，很少出现那种“跳跃感”，仿佛作者的手一直牵着你，慢慢地带你穿过每一个理论难关。这种精妙的架构设计，极大地降低了初学者对这门学科的畏惧感，也让进阶者在复习时能迅速构建起知识网络。

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相较于市面上其他同类书籍，这本教材在细节的处理上体现出一种近乎偏执的细致。我随便翻开一章，都能发现一些令人会心一笑的设计：比如某些关键引理的证明步骤后，会附带一个简短的“为何如此”的小注释，专门解释这个步骤的必要性和巧妙之处；又或者在章节的末尾，提供了一些拓展阅读的建议，但这些建议都是高度精选的，直指核心难点。这些“隐藏”在正文中的小彩蛋，极大地丰富了阅读体验。它们不影响主线的流畅性，却能在不经意间，为有心的读者提供更深层次的探索入口。这种对学习体验的精雕细琢，让我觉得作者和出版方真的把读者当成了“同行者”，而不是一个需要被填鸭式灌输知识的对象。这本书的价值，不仅在于它装载了多少知识，更在于它“如何呈现”这些知识，以及它如何引导读者去思考和探索。

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考研刷题必备

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