动力调谐陀螺仪设计与制造 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:东南大学出版社

作者:周百令

出品人:

页数:260

译者:

出版时间:2002-5-1

价格:32.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787810509565

丛书系列:

图书标签:

• 陀螺仪
• 动力调谐
• 惯性导航
• 精密仪器
• 机械设计
• 控制工程
• 传感器
• 制造工艺
• 振动理论
• 微机电系统

《现代控制理论基础与应用》 图书简介 一、 概述 《现代控制理论基础与应用》是一部旨在系统阐述经典控制理论向现代控制理论过渡与衔接的专业著作。本书面向对象是控制工程、自动化、航空航天、机械电子等领域的工程技术人员、研究生及高年级本科生。全书内容组织严谨，逻辑清晰，力求在理论深度与工程实用性之间取得最佳平衡。 本书摒弃了传统控制理论中侧重于传递函数和频率响应分析的单一视角，转而全面引入了状态空间法这一现代控制理论的核心工具。通过对系统动态行为在多维状态空间中的描述，读者可以更深入地理解复杂系统的内在结构、可控性、可观测性，并为设计先进的控制器提供坚实的数学基础。 二、 内容结构与核心主题 本书分为四大核心模块，循序渐进地构建起现代控制理论的知识体系： 模块一：线性系统时域分析与描述 本模块是进入现代控制理论的基石。重点在于系统建模的规范化处理。 1. 状态空间模型的建立与变换： 详细介绍了如何将物理系统（如多输入多输出、高阶微分方程描述的系统）转化为标准的状态空间形式 $dot{mathbf{x}} = mathbf{A}mathbf{x} + mathbf{B}mathbf{u}$，$mathbf{y} = mathbf{C}mathbf{x} + mathbf{D}mathbf{u}$。深入讨论了相似变换（包括约旦标准形、实规范型）对系统分析和控制器设计的影响，强调了对角化在理解系统模态方面的作用。 2. 线性系统的基本性质： 详尽分析了系统的基本性质，特别是可控性和可观测性。引入了卡尔曼行列式作为判定这些性质的严格数学工具。对于不可控或不可观测的子系统，探讨了其对系统整体性能的制约，并介绍了如何通过投影变换分离这些子系统。 3. 解的分析： 深入探讨了状态转移矩阵 $Phi(t)$ 的计算方法，包括利用拉普拉斯逆变换、幂级数展开以及特征值分解等多种途径。分析了系统的自由响应、零输入响应和零状态响应的特性，为后续的反馈设计奠定了分析基础。 模块二：线性系统的反馈控制设计 此模块聚焦于如何利用状态信息来重构系统行为，实现期望的动态性能。 1. 状态反馈极点配置： 这是现代控制设计的核心技术之一。本书详细阐述了Ackermann公式在全状态反馈下的应用，并扩展到利用增益矩阵 $mathbf{K}$ 来任意配置闭环系统的特征值（极点）。讨论了极点配置的物理意义，如超调量、调节时间、阻尼比等与极点位置的对应关系。 2. 状态观测器设计： 鉴于实际工程中往往无法直接测量所有状态变量，本章重点讨论状态观测器的设计。详细介绍了Luenberger观测器的原理和设计步骤，包括如何通过选择观测器反馈增益 $mathbf{L}$ 来保证估计误差的收敛速度和稳定性。 3. 观测反馈控制（分离原理）： 结合状态反馈和状态观测器，构建完整的状态观测器反馈控制系统。严格证明了分离原理（Certainty Equivalence Principle），即状态反馈增益的设计与观测器增益的设计可以相互独立地进行，这是现代控制理论工程应用的关键突破。 模块三：最优控制理论 本模块引入了性能指标函数和变分法，迈向了更高层次的控制设计范畴。 1. 性能指标函数与代价函数： 介绍了描述系统性能的数学框架，特别是常见的二次型性能指标函数 $J$（如 $int (mathbf{x}^T mathbf{Q} mathbf{x} + mathbf{u}^T mathbf{R} mathbf{u}) dt$）。 2. 变分法基础与欧拉-拉格朗日方程： 为求解最优控制问题，简要回顾了变分法的基本工具，并推导出控制系统最优化的基础方程。 3. 线性二次型调节器（LQR）： 这是最优控制中最重要且最实用的结果。本书详尽推导了代数黎卡提方程（ARE），并展示了如何通过求解该方程得到最优反馈增益 $mathbf{K}^$。探讨了矩阵 $mathbf{Q}$ 和 $mathbf{R}$ 在权衡状态误差与控制能量中的作用。 模块四：非线性系统初步与鲁棒性概念 为了衔接更前沿的领域，本书对非线性系统和控制系统的鲁棒性进行了初步介绍。 1. 线性化方法： 探讨了在非平衡点附近利用泰勒级数展开对非线性系统进行局部线性化的原理与局限性。 2. Lyapunov稳定性理论： 引入了不依赖于求解微分方程的稳定性分析工具。详细解释了直接法（二方法），特别是直接二次型Lyapunov函数在分析线性系统稳定性和设计镇定控制方面的应用。 3. 鲁棒性概述： 简要介绍了控制系统对模型不确定性和外部扰动的敏感性问题，为后续学习鲁棒控制和自适应控制埋下伏笔。 三、 教学特色与工程价值 1. 强调数学推导的严谨性： 书中所有核心结论，如极点配置条件、观测器增益选择、ARE的求解，均提供了详尽的数学推导过程，帮助读者理解“为什么有效”而非仅仅停留在“如何使用”。 2. 丰富的工程案例分析： 结合了直流电机、倒立摆（作为典型的非线性系统线性化案例）、以及二阶弹簧阻尼系统等经典工程实例，贯穿于理论讲解之中，使抽象的数学工具具象化。 3. 计算工具的应用指导： 附录部分提供了使用主流数值计算软件（如MATLAB/Simulink）求解状态空间模型、计算状态转移矩阵、配置极点以及求解LQR问题的具体 M 脚本示例和操作流程，确保理论知识能迅速转化为工程实践能力。 《现代控制理论基础与应用》致力于提供一个全面、深刻且面向实践的现代控制理论学习路径，是控制系统设计者提升核心竞争力的重要参考书。

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