大学物理教学同步练习题及详解 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西北工业大学出版社

作者:王济民 编

出品人:

页数:231

译者:

出版时间:2002-1

价格:11.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787561213339

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现代控制理论基础与应用精讲 第一部分：理论基石与数学工具 本书旨在为读者提供一个深入且全面的现代控制理论学习路径，重点聚焦于系统的数学建模、状态空间表示以及线性系统的分析与设计。我们摒弃了传统控制理论中仅侧重于传递函数的局限性，转而采用更为通用和强大的状态空间方法来描述和分析复杂的动态系统。 第一章：动态系统的数学描述与状态空间方法 本章从物理系统的基本动力学方程出发，系统阐述如何将一个高阶常微分方程组转化为标准的状态空间模型 $dot{mathbf{x}}(t) = mathbf{A}mathbf{x}(t) + mathbf{B}mathbf{u}(t)$，$mathbf{y}(t) = mathbf{C}mathbf{x}(t) + mathbf{D}mathbf{u}(t)$。我们将详细介绍状态变量的选择原则，并对比描述符（如拉普拉斯域和时域）的优劣。重点剖析连续时间系统和离散时间系统的建模差异及其相互转换的数学基础，特别是零阶保持器（ZOH）和一阶保持器（FOH）在离散化过程中的作用。 第二章：线性系统的基本性质分析 系统的基本性质——能控性和能观测性是设计控制器的前提。本章将严格证明和应用李雅普诺夫（Lyapunov）能控性判据和卡尔曼（Kalman）能观测性判据。我们通过详细的例子展示如何通过矩阵秩判断系统的内在特性。此外，本章深入探讨系统的稳定性分析，包括李雅普诺夫稳定性定义、渐近稳定性和指数稳定性，并引入特征值分析方法来判断线性定常系统的稳定性边界。对于非线性系统，我们简要介绍平衡点分析和线性化方法，为后续的非线性控制做铺垫。 第三章：线性系统的解与时间响应 精确求解状态方程是理解系统动态行为的关键。本章详细推导并讲解状态转移矩阵 $oldsymbol{Phi}(t) = e^{mathbf{A}t}$ 的计算方法，包括但不限于利用矩阵指数定义、凯莱-哈密顿定理以及拉普拉斯逆变换法。针对离散系统，我们将介绍矩阵指数 $mathbf{A}^k$ 的计算方法，并分析在不同初始条件和输入作用下的时间响应特性，包括零输入响应和零状态响应的叠加原理。 第二部分：状态反馈与观测器设计 基于对系统特性的掌握，本部分侧重于如何通过设计控制器来改变或优化系统的性能。 第四章：状态反馈控制与极点配置 本章的核心在于极点配置技术。我们首先阐述状态反馈 $mathbf{u}(t) = -mathbf{K}mathbf{x}(t) + mathbf{r}(t)$ 对系统闭环极点位置的影响，并推导出使用 Ackerman 公式（或秩一修正法）进行极点配置的完整步骤。在设计过程中，我们不仅关注理论的可行性，还讨论了当系统不完全能控时，如何进行最佳极点配置的近似方法。此外，本章会涉及前馈控制的设计，以提高系统的瞬态响应和稳态精度。 第五章：状态观测器设计 由于实际中状态变量往往无法完全测量，状态观测器成为必不可少的工具。本章详细介绍最小阶观测器（如 Luenberger 观测器）和全阶观测器的设计原理。我们将状态估计误差的动态系统分析，并展示如何利用能观测性条件来设计反馈增益 $mathbf{L}$，使得估计误差能快速收敛到零。针对噪声环境，本章将引入卡尔曼滤波器的基本概念作为观测器设计的高级参考。 第六章：复合控制与解耦控制 本章探讨将状态反馈和状态观测器结合起来形成“分离原理”（Separation Principle），即状态反馈控制器和状态观测器可以独立设计，这极大地简化了实际系统的控制设计过程。随后，我们深入探讨多输入多输出（MIMO）系统的解耦控制，包括静态和动态解耦，重点介绍利用反馈线性化思想实现输入输出之间的相互独立控制。 第三部分：最优控制与鲁棒性初步 本部分将控制设计提升到性能优化的层次，并初步引入应对模型不确定性的方法。 第七章：线性二次型调节器（LQR） LQR 是现代控制理论中最为重要的优化工具之一。本章详细介绍如何构造性能指标函数 $J$，并推导出求解最优状态反馈增益 $mathbf{K}$ 的代数黎卡提方程（ARE）。我们将分析 LQR 增益对系统性能（如衰减率和超调量）的影响，并讨论如何通过调整权重矩阵 $mathbf{Q}$ 和 $mathbf{R}$ 来权衡控制能量和状态偏差。 第八章：鲁棒性与不确定性处理概述 本章为读者引入控制工程中的一个核心挑战——模型不确定性。我们将讨论参数摄动和未建模动态对系统性能的影响。作为入门，我们介绍如何使用闭环特征值的位置来评估控制系统的相对稳定性裕度（如增益裕度和相位裕度）。最后，对 $H_{infty}$ 控制和滑模控制等前沿鲁棒控制方法进行概念性介绍，引导读者进行后续的深入学习。 附录 A：矩阵代数回顾 附录 B：拉普拉斯变换与 Z 变换快速参考

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这本书的装帧和纸张质量绝对是值得称赞的，摸起来手感很好，而且印刷清晰，即使用笔做了很多标注和演算，也不会出现墨水洇开的问题。但抛开这些硬件条件不谈，真正让我爱不释手的是它对“详解”的处理方式。很多参考书的解析都过于简洁，像是在写给已经掌握知识的人看的，完全不适合我这种需要细致引导的学习者。这本书的解析简直是把老师请到了身边手把手教你。它会清晰地指出你在解题过程中最容易犯的陷阱，比如单位换算错误、矢量方向的忽略，或者是在某个特定物理情境下应该优先考虑哪个定理。这种针对性的“避雷指南”对我帮助太大了，让我少走了很多弯路。我甚至会先自己做一遍，然后对照解析来检查思路的完整性，每次都有新的收获，感觉自己的解题框架被不断地完善和强化。

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坦率地说，我拿到这本书的时候是抱着怀疑态度的，市面上的“同步练习”实在太多了，大多是粗制滥造，只会把课本上的习题换个顺序排列一下。然而，这本书完全超出了我的预期。它的难度梯度设置非常合理，前半部分注重基础概念的辨析和基本公式的应用，对于刚接触微积分和矢量运算的我来说，提供了一个非常友好的过渡平台。更让我惊喜的是，书后附带的那些“拔高”章节，那些涉及实验设计和物理思想的题目，真正考验了我们对物理世界的理解深度。我发现自己不再满足于机械地套用公式，而是开始思考物理现象背后的本质原因。这种思维方式的转变，才是这本书带给我最宝贵的财富。它不仅仅是应试工具，更像是一本引导我们成为真正物理思考者的指南。我愿意花时间去钻研那些看似复杂的题目，因为我知道每一次攻克，都是对自身认知的一次升级。

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这本书简直是物理学习的救星！我一直觉得大学物理的概念太抽象，公式推导也让人头晕脑胀，但这本书的编排方式完全改变了我的看法。它的题目设计得非常巧妙，从基础概念的巩固到复杂问题的深入分析，层层递进，让人在解题的过程中自然而然地掌握了知识点。特别是那些详解部分，不仅仅是给出了最终答案，更是把每一步的逻辑推导都交代得清清楚楚，让我明白“为什么是这样”，而不是简单地“记住这个公式”。很多时候，我对着课本上的例题发愁，但翻开这本书，立刻就能找到类似的练习，通过解析就能把卡住我的那个点彻底打通。这本书的排版也很舒服，不会让人感到视觉疲劳，拿在手上很有分量，感觉自己手里握着的不是一本题集，而是一个坚实的学习伙伴。对于那些需要通过大量练习来建立物理直觉的同学来说，这本书的价值无可估量。

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我是一个对学习效率要求极高的人，时间就是一切。因此，我特别看重教材和练习册之间的衔接度。这本书在这方面做得极为出色，它的题目覆盖面几乎和我们学校用的主流教材同步率极高，仿佛就是为这套教材量身定做的配套材料。最让我感到省心的是，它不仅覆盖了理论计算题，对于概念辨析题的处理也很有深度。很多时候，概念题看似简单，但陷阱往往隐藏在措辞的微妙之处。这本书的解析部分针对这些“文字陷阱”做了专门的分析，解释了为什么某个选项是错误的，错误在哪里，这极大地提升了我对物理语言的敏感度。这本练习册已经成为我复习周期的核心环节，做完一遍，感觉对整个学期的知识点都有了一个清晰的脉络，效率提升不是一点半点，而是质的飞跃。

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作为一名已经离开大学课堂好几年的在职工程师，我这次购买这本书的目的是为了重新巩固基础，以便能更好地理解工作中遇到的复杂工程问题。老实说，很多基础知识点随着时间的推移已经模糊不清了。这本书的结构设计非常适合“回炉重造”的需求。它的难度曲线平缓，让我能够循序渐进地重新激活那些沉睡的记忆。特别是那些关于热力学和电磁学的章节，解析中不仅包含了数学推导，还穿插了对实际物理意义的描述，让我明白了这些公式在现实世界中的作用。这本书的价值在于它的“可回溯性”，无论我是想快速回顾某个章节的核心公式，还是想深入理解一个特定的物理过程，它都能提供恰到好处的深度和广度。这本书不像某些教辅那样咄咄逼人，而是提供了一个稳定、可靠的平台，让我能够按照自己的节奏，扎实地重建我的大学物理知识体系。

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