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出版者:北航

作者:

出品人:

页数:192

译者:

出版时间:2000-6

价格:17.50元

装帧:

isbn号码:9787810129831

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• C51
• 硬件开发
• 电子工程
• 实践教程
• 入门
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• DIY

《现代控制系统设计与应用》 内容概要 本书旨在全面系统地阐述现代控制理论的核心概念、分析方法以及在复杂工程系统中的实际应用。它不仅仅是一本理论教材，更是一本侧重于工程实践和前沿技术融合的工具书，特别关注如何将抽象的数学模型转化为稳定、高效、可实时运行的控制解决方案。 全书结构严谨，从经典控制理论的回顾与过渡开始，逐步深入到现代控制理论的基石，包括状态空间表示法、可控性与可观测性分析、李雅普诺夫稳定性理论、最优控制（LQR）、鲁棒控制（H-无穷控制）以及非线性控制的基础。 第一部分：基础与过渡 本部分首先回顾了经典的频域分析方法（如Bode图、Nyquist图），并强调了其在系统结构分析中的局限性。随后，重点引入了时间域分析的核心——状态空间表示法。详细讲解了如何将高阶常微分方程形式的系统模型，精确地转化为一阶齐次状态方程组 $dot{mathbf{x}}(t) = mathbf{A}mathbf{x}(t) + mathbf{B}mathbf{u}(t)$ 和输出方程 $mathbf{y}(t) = mathbf{C}mathbf{x}(t) + mathbf{D}mathbf{u}(t)$。 模型识别与辨识： 探讨了在实际工程中，如何根据实验数据或物理结构，建立准确的系统数学模型，这是所有后续控制设计的前提。 线性系统分析： 深入分析了系统的可控性（Controllability）和可观测性（Observability）判据，讲解了如何利用Gramian矩阵判断系统设计和状态估计的潜力。 第二部分：反馈设计与稳定性理论 此部分是全书的核心，聚焦于如何通过引入反馈机制来重塑系统的动态性能。 极点配置（Pole Placement）： 详细阐述了利用状态反馈 $mathbf{u} = -mathbf{K}mathbf{x} + mathbf{r}$ 实现期望的闭环系统极点配置。讲解了Ackermann公式及其在实现高阶系统反馈矩阵 $mathbf{K}$ 中的应用。此外，还探讨了当状态变量无法完全测得时，如何设计状态观测器（如Luenberger观测器），以实现满状态反馈。 稳定性理论： 系统地介绍了李雅普诺夫稳定性理论，这是判断系统性能的基石。不仅限于线性的直接法和间接法，还引入了更具普适性的李雅普诺夫第二法，用于分析那些难以建立精确数学模型或本身具有非线性特性的系统。讲解了李雅普诺夫函数构造的艺术与挑战。 第三部分：现代控制进阶——最优与鲁棒性 随着系统复杂度的增加，单一的性能指标已无法满足工程需求。本部分转向需要权衡性能、能耗与抗扰能力的先进控制策略。 最优控制（LQR）： 深入讲解了线性二次型调节器（LQR）的设计。通过定义二次型性能指标函数 $J = int_0^infty (mathbf{x}^Tmathbf{Q}mathbf{x} + mathbf{u}^Tmathbf{R}mathbf{u}) dt$，推导了代数Riccati方程（ARE）的求解，从而得到最优反馈增益 $mathbf{K}$。重点讨论了权重矩阵 $mathbf{Q}$ 和 $mathbf{R}$ 对系统响应速度和控制能量消耗的实际影响。 状态估计与滤波： 针对传感器噪声和过程扰动，本书详细介绍了卡尔曼滤波（Kalman Filter）。从基本的最小均方误差估计原理出发，推导出离散时间卡尔曼滤波器的迭代公式，并结合实例说明其在实时数据融合与状态重构中的关键作用。 鲁棒控制基础： 介绍了如何设计在模型不确定性（如参数摄动、未建模动态）下仍能保持稳定和性能的控制器。重点介绍了 H-无穷（$H_infty$）控制 的基本思想，即通过设计控制器最小化系统对外部扰动的增益，实现“最坏情况下的最佳性能”。 第四部分：高级主题与工程实现 本部分将理论与实际应用紧密结合，介绍了控制工程领域的前沿热点。 非线性控制基础： 鉴于现实世界中绝大多数系统本质上都是非线性的，本书引入了反馈线性化、滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）的基本概念，用以处理具有显著非线性特征的系统，如高精度机械臂或航空航天姿态控制。 数字控制系统的实现： 详细讨论了从连续时间系统向离散时间系统转化的过程，包括零阶保持器（ZOH）和一阶保持器（FOH）的选择对系统性能的影响。书中提供了详尽的算法步骤，指导读者如何将连续控制律转换为可在微处理器或DSP上实现的数字算法。 案例分析与仿真验证： 提供了多个跨学科的工程案例，如伺服电机的位置/速度控制、温室环境的模糊控制策略、以及无人机姿态稳定算法。这些案例均配合MATLAB/Simulink仿真环境，指导读者进行系统建模、控制器设计、参数整定及闭环性能验证的全流程操作。 本书特点 本书的编写注重理论的严谨性与工程的可操作性之间的平衡。作者采用了大量的图示和推导细节来阐明复杂的数学概念，确保读者不仅知其然，更知其所以然。强调系统思维，要求读者在设计控制器之前，必须对被控对象有深刻的物理认知和准确的数学描述。通过本书的学习，工程师和研究人员将能够自信地面对从基础反馈回路到复杂多变量、强耦合系统的设计与调试工作。

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拿到这本书后，我做的第一件事就是检查它的排版和印刷质量。说实话，这个价位能买到这样一本制作精良的书，我感觉非常超值。纸张的厚度适中，即便是长时间阅读也不会觉得刺眼，油墨的清晰度也无可挑剔，那些复杂的电路图和时序图都清晰锐利，辨识度极高。更重要的是，这本书的章节安排，简直是为自学爱好者量身定做的。它没有一开始就抛出一大堆复杂的寄存器名称，而是用了一个非常接地气的“引子”章节，把单片机在日常生活中的应用场景描述得绘声绘色，一下子就把我的学习兴趣给提起来了。接着，它循序渐进地讲解了汇编语言和C语言的混合编程思想，这在很多教材中是很难平衡好的。这本书的处理方式既保留了底层控制的精髓，又兼顾了现代编程的高效性，感觉作者对不同层次的读者都有所考量，这种平衡的艺术，着实令人佩服。

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从语言风格上看，这本书的作者显然不是一个死板的学院派，他有一种将复杂概念“翻译”成大白话的能力。阅读起来完全没有那种面对教科书的压迫感，更像是和一位经验丰富的前辈在交流心得。比如，在讲解中断服务程序（ISR）的编写时，他没有直接套用官方文档的术语，而是用了一个形象的比喻来描述中断向量表的切换过程，一下子就让我抓住了核心要点。这种深入浅出的叙述方式，极大地降低了初学者对单片机“神秘感”的恐惧。我以前总觉得单片机编程是少数天才才能掌握的技能，但这本书让我明白，它更像是一门精密的工程学，只要有正确的引导和足够的耐心，任何人都可以掌握。这种积极的心理暗示，对提升学习者的自我效能感非常重要。

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这本书的封面设计真是让人眼前一亮，那种深邃的蓝色调，配上简洁有力的白色字体，立刻就给人一种专业又可靠的感觉。我是在一家实体书店偶然看到它的，当时只是随便翻了翻目录，就被里面详实的内容结构吸引住了。它不像市面上很多教材那样，堆砌着晦涩难懂的理论，而是仿佛一位经验丰富的老教授，循循善诱地引导你进入单片机这个奇妙的世界。特别是它对各个模块的介绍，逻辑性极强，从最基础的硬件组成到复杂的定时器中断、串行通信，每一步都衔接得非常自然。我尤其欣赏它在代码示例上的处理方式，注释详尽到几乎不需要读者再去查阅其他资料，这对于初学者来说，无疑是一剂强心针。我记得我以前学其他课程时，常常被那些“一笔带过”的关键点卡住，但这本书在这方面做得极为细致，真的体现了作者的匠心独白。我迫不及待地想把书带回家，开始我的实践之旅。

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我得说，这本书的案例设计是它最出彩的部分之一。很多教程的例子都是“Hello World”级别的重复性劳动，看完让人意兴阑珊。然而，这本书里的每一个练习，都紧密贴合了实际工业控制或嵌入式应用的需求。比如，关于A/D转换的应用，它不仅仅是简单地读取电压值，而是模拟了一个温度监控系统，并加入了报警阈值判断，这让我能立刻感受到所学知识的实用价值。作者似乎深谙“做中学”的道理，每个章节的理论讲解后，总会紧跟着一个或两个精心设计的实践环节。我试着搭建了书中的一个数据采集模块，所有的元件选型、连接方式，甚至是可能遇到的软件冲突，书中都有详细的预警和解决方案。这种“保姆式”的服务，让我在调试过程中少走了很多弯路，极大地增强了我的信心。

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这本书的深度和广度都让人印象深刻。它不仅仅停留在对基础指令集的罗列上，更重要的是，它花了不少篇幅探讨了系统设计的优化和常见性能瓶颈的解决策略。我特别喜欢其中关于低功耗设计和实时性保证的章节，这些内容往往是初级教程中被忽略的“高级话题”。作者似乎预见到了读者在项目升级过程中可能会遇到的问题，提前给出了成熟的解决方案。这使得这本书的“保质期”大大延长，它不再是一本学完即弃的入门读物，而是一本可以伴随我完成数个中小型项目的参考手册。无论是对刚刚接触电子制作的新手，还是希望系统梳理知识的老兵，这本书提供的知识框架都足够坚实和全面，绝对是值得反复研读的宝藏。

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