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出版者:东南大学出版社

作者:龚乐年 编

出品人:

页数:339

译者:

出版时间:2003-1

价格:38.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787810892094

丛书系列:

图书标签:

• 自动控制
• 现代控制理论
• 调节技术
• 反馈控制
• 系统分析
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• 控制系统
• 工程控制
• 动态系统
• 控制工程

好的，这是一份为一本名为《现代调节技术》的书籍撰写的、不包含其内容的图书简介。 --- 现代控制理论基础：从经典到前沿的系统优化实践 书籍名称： 现代控制理论基础：从经典到前沿的系统优化实践 作者： [此处留空，以模拟真实书籍的出版信息] 出版社： [此处留空] ISBN： [此处留空] 装帧： 精装 定价： [此处留空] --- 导言：在复杂性中寻求秩序的科学 在当今高度互联和动态变化的世界中，从微观的纳米机器人到宏观的航空航天系统，再到复杂的经济模型和社会治理，对精确、稳定和高效的系统性能的需求达到了前所未有的高度。这门学科的核心使命，就是研究如何通过设计和实施有效的干预策略，使得一个复杂的物理或抽象系统能够按照预期的轨迹运行，抵抗外部干扰，并优化其长期行为。 《现代控制理论基础：从经典到前沿的系统优化实践》并非一本关于某一特定工程领域的工具书，而是一部系统性地梳理和深入解析控制科学基本原理、核心方法论以及当前发展趋势的理论专著。它旨在为读者构建一个坚实而广阔的知识框架，使其能够理解和掌握如何对动态系统进行建模、分析、综合和实现控制。 本书的结构设计，是遵循一条从基础概念的建立到高级理论的深入探索，再到实际应用中的挑战与前瞻的逻辑主线。我们摒弃了仅仅罗列公式的枯燥叙述，转而强调物理意义、数学严谨性与工程直觉三者之间的有机结合。 第一部分：动态系统的数学基石与经典视角 本部分着重于为后续所有高级主题奠定不可或缺的数学基础，并回顾那些历经时间考验的经典控制范式。 第一章：动态系统的建模：状态空间与传递函数 任何控制问题的第一步是对所研究对象的动态特性进行量化描述。本章详细探讨了两种最基本的数学模型——状态空间表示法和传递函数模型。我们不仅分析了线性定常（LTI）系统的建模流程，如欧拉方程的导出、拉普拉斯变换的应用，更引入了非线性系统的局部线性化技术，为后续处理复杂系统做好了铺垫。重点解析了系统的可控性和可观测性这两个决定了控制和估计方案可行性的核心概念。 第二章：时域分析与性能指标 在时域中，我们关注系统对特定输入（如阶跃、脉冲）的瞬态响应特性。本章深入剖析了系统的时间响应指标，包括超调量、建立时间、阻尼比和自然频率。通过对一阶、二阶系统的详细解析，读者将直观地理解系统极点位置对瞬态行为的决定性影响。此外，本章还引入了稳态误差分析，界定了系统在长期运行中对参考输入的跟踪精度要求。 第三章：频域分析与经典设计法则 频域分析是理解系统带宽、稳定裕度以及抗干扰能力的强大工具。本章围绕频率响应函数展开，系统性地介绍了波德图、奈奎斯特图的绘制与解读。重点在于根轨迹法的设计过程，它提供了一种直观的参数整定手段，使工程师能够根据期望的系统极点位置反推所需的控制器增益。我们将经典控制理论的精髓——PID控制器的设计、参数整定（如Ziegler-Nichols方法）——置于一个严格的理论框架之下进行审视。 第二部分：现代控制理论的核心范式 随着系统复杂度的提升和计算能力的增强，现代控制理论将焦点从单一的输出反馈转移到了状态变量的反馈与估计上来。 第四章：状态反馈极点配置与最优控制 本章是现代控制理论的核心。我们首先探讨了满状态反馈的极点配置，展示了如何利用线性代数工具（如Ackermann公式）将期望的动态特性“植入”系统，前提是系统必须是完全可控的。随后，我们将视角提升至最优控制，引入了LQR（线性二次型调节器）的设计理念。LQR 不仅要求系统稳定，更重要的是它能在满足二次性能指标函数（平衡状态误差和控制能量消耗）的框架下找到最佳的反馈律。 第五章：状态估计：卡尔曼滤波的理论与实践 在许多实际工程场景中，系统状态变量是无法直接测量的。本章聚焦于状态观测器的设计，特别是卡尔曼滤波（Kalman Filter）。我们详细推导了离散时间和连续时间卡尔曼滤波的递归过程，强调了过程噪声协方差（Q）和测量噪声协方差（R）在估计性能优化中的关键作用。此外，本章也涵盖了Luenberger观测器等确定性估计方法，并比较了它们与随机最优估计方法的适用边界。 第三部分：鲁棒性、非线性与前沿展望 现代系统必须面对不确定性、模型误差和非线性现象。《现代控制理论基础》的最后一部分，将读者的目光引向如何设计出能够在真实世界中可靠运行的控制器，并展望了未来的研究方向。 第六章：系统不确定性与鲁棒控制基础 现实世界中的模型总是不完美的，存在参数摄动和未建模动态。本章引入了鲁棒性的概念，探讨如何设计对不确定性不敏感的控制器。我们将深入讲解$H_{infty}$ 控制理论的基本框架，理解如何通过频率加权函数将性能要求和鲁棒性要求转化为一个标准的三角不等式问题，并通过求解[$mathbf{H}_{infty}$ 控制器](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B7%B1%E5%BA%A6%E6%8E%A7%E5%88%B6)来保证闭环系统的性能边界。 第七章：非线性系统的分析与基础控制策略 线性化方法在远离工作点的区域失效。本章转向非线性系统的固有特性分析，包括平衡点的稳定性分析（李雅普诺夫法）和相平面法。在控制策略上，我们重点介绍了几种针对非线性系统的有效设计方法，如滑模控制（Sliding Mode Control, SMC），它通过高频切换作用力来强制系统轨迹滑向期望的低维流形，展现出极强的鲁棒性。同时，也将介绍反馈线性化的基本思想。 第八章：面向未来的控制：自主性与智能融合 最后，本章将理论推向更广阔的应用前沿。我们将探讨自适应控制（当系统参数未知或时变时如何调整控制器）和模型预测控制（MPC）。MPC作为一种强大的在线优化方法，能够处理多约束和多变量耦合问题，是当前工业过程控制和机器人控制领域的热点。此外，还将简要概述强化学习（RL）在复杂决策制定中的新兴角色，探讨其与传统控制理论的融合潜力。 目标读者 本书内容严谨，覆盖面广，适用于以下读者群体： 1. 控制工程、自动化、航空航天、电子信息工程等相关专业的高年级本科生及研究生：作为核心课程的教材或深入学习的参考书。 2. 系统工程师与研发人员：需要系统性回顾和掌握从经典 PID 到现代最优、鲁棒控制技术的专业人士。 3. 对动态系统优化感兴趣的跨学科研究人员：为理解复杂的物理、生物或经济系统提供强大的数学工具箱。 通过本学习旅程，读者将不仅掌握“如何”设计控制器，更将深刻理解“为什么”这些方法有效，从而具备分析和解决未来各种复杂动态系统挑战的能力。 --- 结语 《现代控制理论基础》旨在成为一本常青的工具书，它引导读者穿越理论的迷雾，直达系统优化的核心。其价值在于提供一个连贯且深刻的理论视角，使读者能够独立地从问题定义、模型构建、算法选择到性能验证的完整闭环中，有效地驾驭任何动态过程。

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这本书的结构安排非常精妙，逻辑层次感极强，读起来让人欲罢不能。我之前尝试过几本同类书籍，它们要么是过于侧重经典的自动控制原理，要么是直接跳到高深的自适应控制，中间的过渡非常生硬。《现代调节技术》则提供了一条非常平滑的学习路径。它从基础的经典控制理论回顾开始，然后自然地过渡到现代控制理论的核心——状态空间法，接着，它没有停留在标准的线性系统上，而是巧妙地引入了先进的控制策略，比如预测控制（MPC）和智能控制。书中对MPC的阐述尤其精彩，它不仅解释了滚动时域优化的核心思想，还深入探讨了约束处理的实际方法，这对于我目前正在进行的项目来说，简直是‘雪中送炭’。此外，书中的图示和仿真示例非常丰富，这些可视化工具极大地帮助我理解了不同算法对系统动态性能的影响，比如超调、响应速度和稳态误差之间的权衡。整体来看，这本书的编排就像一个精心设计的路线图，每一步都为你指明了方向，让人对后续的学习内容充满期待。

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坦白说，我是一个对理论深度有较高要求的读者，这本书成功地满足了我的期待，甚至超出了预期。它在处理不确定性问题上的方法论尤为引人入胜。例如，作者在介绍最优控制时，清晰地区分了基于模型的精确最优控制和基于统计信息的随机最优控制。对于随机系统和噪声干扰的处理，书中详细阐述了卡尔曼滤波的原理和扩展卡尔曼滤波（EKF）的应用场景，并且没有回避EKF在处理强非线性系统时的局限性，这体现了作者严谨的学术态度。更难得的是，书中还对现代控制理论的最新发展方向，如分布式控制和网络化控制系统进行了前瞻性的介绍，这些内容在很多同类教材中是看不到的。阅读这本书的过程，就像是完成了一次系统化的知识升级，它不仅巩固了我对传统控制理论的认知，更引导我进入了前沿研究的视野。对于希望从一个合格的工程师成长为能够设计复杂控制系统的专家的读者来说，这本书无疑是一份极具价值的投资。

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我对这本书的出版质量和内容的详实程度非常满意。在我看来，一本技术书籍的价值，很大程度上取决于它对细节的把控。《现代调节技术》在这方面表现卓越。它不仅仅是关于“如何做”，更是关于“为什么这样做”的深度探讨。例如，在讨论非线性系统的补偿技术时，它不仅提到了李雅普诺夫稳定性理论，还结合了实际应用中常见的例子，比如机械臂的控制，来说明如何构造和求解李雅普诺夫函数，这对于深入理解稳定性的数学基础非常有帮助。让我印象深刻的是，书中对数字控制系统的讨论也非常到位。它没有仅仅停留在离散化理论上，而是深入探讨了采样周期的选择、量化误差的影响，以及数字滤波器在实际系统中的设计与实现，这些都是教科书往往会一笔带过，但却是工程实践中必须面对的问题。这种全方位的覆盖，让我感觉手边有了一本百科全书级别的参考书，无论遇到什么技术难题，都能从中找到线索和启发。

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我必须说，这本书在深入浅出这一点上做得非常出色。我个人背景是偏向于应用层面的，对底层的数学推导常常感到吃力，但《现代调节技术》这本书成功地弥合了理论与实践之间的鸿沟。它并没有因为追求“现代”和“前沿”而牺牲了基础的严谨性，相反，它非常注重从工程实践的需求出发，反推理论模型的建立和优化。举个例子，书中对状态空间法的讲解，不仅仅是矩阵运算的罗列，而是将状态变量与系统的物理实体紧密联系起来，让你能清晰地‘看到’系统内部的运行状态。还有关于系统辨识的部分，作者似乎很清楚初学者在这一块容易迷失，所以它提供了一套非常清晰的步骤，从数据采集到模型选择，每一步都配有详细的解释和注意事项。我尤其欣赏它在多变量控制系统处理上的章节，面对复杂的耦合问题，作者没有回避难题，而是系统性地介绍了如何运用解耦技术和矩阵分解来简化问题。这本书读起来不像是纯粹的学术著作，更像是一本高级工程师的实践指南，实用性极高。

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这本《现代调节技术》的书简直是打开了我对控制系统理解的一扇新大门。我记得我刚开始接触这个领域的时候，教科书上的内容总是那么枯燥乏味，各种公式和理论堆砌在一起，让人望而生畏。但是这本书完全不同，它像是有一位经验丰富的工程师坐在你旁边，用最生动、最直观的方式向你解释那些看似复杂的概念。比如，它对PID控制器的深入剖析，不仅仅停留在数学模型上，更是结合了大量的实际工程案例，让我明白了为什么在某些场景下需要精细地调整比例、积分和微分参数，以及这些参数背后所代表的物理意义。书中对模糊控制和神经网络控制的介绍也特别到位，它没有像很多其他书籍那样只是浮于表面地介绍这些前沿技术，而是细致地讲解了它们在处理非线性、不确定性系统时的优势和局限性。特别是关于鲁棒控制的部分，作者的讲解方式非常清晰，让我对系统的稳定性和抗干扰能力有了更深刻的认识。读完这本书，我感觉自己不仅仅是掌握了一堆理论知识，更是获得了一种解决实际工程问题的思维框架。那种豁然开朗的感觉，真的非常棒。

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