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出版者:International Society for Measurement and Con

作者:Karl J. Astrom

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1995-01-01

价格:USD 86.00

装帧:Paperback

isbn号码:9781556175169

丛书系列:

图书标签:

• 工程
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• 控制理论

《现代控制系统设计与应用》 本书是一部深入探讨现代控制系统设计理论与实践的专著。它系统地阐述了从经典控制理论到现代先进控制策略的演进过程，旨在为读者提供一个全面而深刻的理解框架。全书内容紧密结合工程实际，理论阐述深入浅出，辅以大量精心设计的案例分析，帮助读者掌握将复杂工程问题转化为可控系统的能力。 核心内容概览： 第一部分：控制系统的基本原理与建模 第一章：绪论与控制系统概述 介绍控制系统的概念、重要性及其在现代科技与工业中的广泛应用。 区分开环控制与闭环控制的原理、优缺点及适用场景。 梳理控制系统设计的典型流程与面临的挑战。 简要介绍控制系统发展的历史脉络。 第二章：线性时不变（LTI）系统的数学模型 深入讲解连续时间系统和离散时间系统的基本数学描述方法，包括微分方程、差分方程。 详细介绍传递函数（Transfer Function）的概念、性质及其在频域和时域分析中的应用。 阐述系统框图的绘制、简化原则以及信号流图（Signal Flow Graph）的应用。 引入状态空间（State-Space）表示法，包括状态方程、输出方程，并探讨其在多输入多输出（MIMO）系统分析中的优势。 介绍系统建模的常用方法，如物理建模、辨识建模（简要介绍）等，并提供实例。 第三章：系统响应分析 分析系统的瞬态响应（Transient Response），如上升时间、超调量、调节时间等，并解释其物理意义。 研究系统的稳态响应（Steady-State Response），包括稳态误差的概念、计算方法以及影响因素。 讲解激励信号（如单位阶跃、单位斜坡、单位冲激）对系统响应的影响。 分析二阶系统的标准形式及其参数（阻尼比、无阻尼自然频率）与响应特性的关系。 第二部分：经典控制理论与设计 第四章：系统稳定性分析 深入探讨系统的稳定性概念，区分绝对稳定性、渐近稳定性、临界稳定性。 讲解Routh-Hurwitz稳定性判据，并演示如何通过其确定系统参数的稳定性范围。 介绍根轨迹（Root Locus）法，分析增益参数变化对系统极点位置的影响，以及如何通过根轨迹设计控制器。 阐述奈奎斯特（Nyquist）稳定性判据，分析开环传递函数与闭环稳定性的关系，引入幅相裕度和相角裕度。 介绍伯德（Bode）图，分析频率响应特性，以及如何利用幅频特性和相频特性进行稳定性判断。 第五章：时域与频域设计方法 第五节：时域设计 详细讲解比例（P）、积分（I）、微分（D）控制器的原理、作用及其对系统性能的影响。 深入阐述PID控制器的构成、调参方法（如Ziegler-Nichols法、临界比例法等）以及实际应用中的注意事项。 介绍超前、滞后、超前-滞后补偿器的设计原理与方法，分析其对系统幅频和相频特性的影响。 探讨有源和无源补偿器的结构与设计。 第六节：频域设计 利用伯德图进行控制器设计，如如何通过附加极点和零点来改善系统的稳态精度和动态响应。 讲解根轨迹设计方法与伯德图设计的结合应用。 分析非周期性激励信号（如正弦信号）下系统的响应，理解频率响应的意义。 第三部分：现代控制理论与先进技术 第七章：状态空间方法与可控性、可观测性 深入研究状态空间模型，包括系统的线性化方法。 详细阐述可控性（Controllability）的概念，并介绍判断其是否可控的条件（如可控性矩阵）。 讲解可观测性（Observability）的概念，并介绍判断其是否可观测的条件（如可观测性矩阵）。 分析可控性与可观测性在状态反馈、状态估计等现代控制技术中的基础性作用。 第八章：状态反馈与状态估计 讲解全状态反馈（Full-State Feedback）的设计原理，如何利用极点配置（Pole Placement）技术将系统闭环极点置于期望位置，从而实现任意动态性能。 介绍状态观测器（State Observer）的设计，如何估计不可测状态量，并详述Luenberger观测器的原理与设计。 讨论带观测器的闭环系统设计，以及如何将状态反馈与状态估计相结合。 介绍最优控制（Optimal Control）的基本概念，如性能指标函数，为后续更复杂的控制策略奠定基础。 第九章：现代控制技术的应用与展望 介绍模型预测控制（MPC）的基本思想、核心算法（如滚动优化）及其在处理约束条件方面的优势。 探讨模糊逻辑控制（Fuzzy Logic Control）的设计理念，如何利用模糊规则实现非线性系统的控制。 简要介绍神经网络控制（Neural Network Control）在复杂系统建模与控制中的应用潜力。 讨论鲁棒控制（Robust Control）和自适应控制（Adaptive Control）等高级控制技术的基本思想，以及它们在应对模型不确定性和时变系统时的作用。 展望未来控制技术的发展趋势，如智能控制、网络化控制、分布式控制等。 本书特色： 系统性强： 从基础概念到前沿技术，层层递进，构建完整的知识体系。 理论与实践并重： 深入的理论推导与直观的数学解释相结合，丰富的工程实例贯穿始终。 数学严谨且易于理解： 在保证数学准确性的前提下，力求清晰明了的语言表达，辅以图示和表格。 案例丰富： 涵盖机械、电气、化工、航空航天等多个领域的典型控制系统应用案例，帮助读者理解理论的实际意义。 强调设计与分析能力： 不仅讲解理论，更侧重于培养读者分析问题、设计控制策略并评估系统性能的能力。 目标读者： 本书适合于工业自动化、机械工程、电气工程、航空航天、机器人技术、生物医学工程等领域的本科生、研究生以及从事相关领域工作的工程师和科研人员。对于希望系统学习控制理论，掌握现代控制系统设计方法的读者，本书将是一个不可多得的参考。

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这本书的叙事风格就像一位老友在深夜里与你促膝长谈，娓娓道来那些深藏于心底的哲学思考。作者并没有试图用晦涩难懂的术语来构建一个高不可攀的知识殿堂，相反，他选择了一种极其亲切且富有画面感的笔触，将那些复杂的概念描绘得如同日常生活的片段。读来，我仿佛置身于一个充满烟火气的场景之中，每一个理论的阐述都伴随着生动的比喻，让人在会心一笑中领悟其精髓。尤其是书中对于“存在”与“时间”的探讨，那种细腻入微的观察力，简直令人叹为观止。他似乎能捕捉到那些我们日常生活中习以为常却从未深究的瞬间，并将其放大，用一种近乎诗意的语言进行解构与重塑。这本书的魅力就在于它的“人情味”，它没有冰冷的逻辑推演，而是充满了对生命本质的深切关怀与好奇，让人在阅读的过程中，不时停下来，陷入沉思，去反观自身与周遭世界的联系。这种体验是极其私密且富有启发性的，仿佛作者在引导我完成一次内心的漫游。

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这本书的结构安排，老实说，初看之下略显跳跃，但细细品味之后，便能体会到其中精妙的内在逻辑。它更像是一幅印象派的油画，各个章节之间并非严格的线性递进，而是通过意象和情绪的反复回响来构建整体的氛围。作者似乎更倾向于一种“主题聚合”的叙事方式，即围绕几个核心母题，在不同的视角下进行反复的探索与深化。这种写法极大地考验了读者的耐心和理解力，因为它要求我们不能只关注单一的逻辑链条，而要学会捕捉其间流动的“情绪暗线”。我个人尤其欣赏作者在处理“矛盾性”时的坦诚，他毫不避讳地展示了世界观的裂痕和思想的挣扎，这使得整本书读起来丝毫没有教条主义的僵硬感，反而充满了生命力的张力。对于那些习惯于标准教科书式组织结构的人来说，这可能需要一个适应期，但一旦你适应了这种“游牧式”的思考路径，你会发现它能带你到达更广阔的思维疆域。

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从阅读的“感觉”来说，这本书带给我一种持续的、低频的“震动感”。它不像那些通俗读物，读完后情绪便烟消云散，而是像一颗种子被埋入心底，需要时间去发芽、去影响后续的认知。它不直接提供答案，而是提供一套精密的“提问工具箱”。作者非常擅长设置陷阱，将读者引入一个看似清晰的论证路径后，再猛地将其带入一个自我怀疑的迷宫。这种引导方式非常高明，因为它真正做到了“授人以渔”——教会你如何质疑既有的认知框架。读完全书，我并没有觉得我“学到了”多少新的事实，但我的“看待事实的方式”却发生了微妙但决定性的转变。这种内省式的体验是无价的，它要求读者不仅仅是知识的接收者，更是意义的主动构建者。

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这本书的节奏控制堪称一流，尤其是在处理那些宏大叙事和微观细节的切换时。作者总能在气氛达到某种高潮或过于沉重时，巧妙地插入一些看似无关紧要的轶事或历史插曲，这些“留白”不仅起到了调节情绪的作用，更是为后续的论述积蓄了能量。我特别喜欢作者处理篇幅的方法，有些段落短小精悍，犹如闪电划破夜空，只留下短暂的明亮；而有些章节则像缓慢流淌的河流，铺陈开来，让你有足够的时间去感受水下的暗流涌动。这种张弛有度的节奏感，使得全书的阅读体验非常流畅，既有足够的智力挑战，又不至于让人感到疲惫。它成功地在学术的严谨性和文学的可读性之间架起了一座坚固的桥梁，让人在不知不觉中，便被带入了一个深邃而迷人的思想世界。

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语言风格上，这本书展现出一种近乎古典的凝练和现代的犀利之间的完美平衡。作者的遣词造句考究而不失力量，他擅长使用长句来营造一种层层深入的压迫感，但在关键的转折点，他又会突然抛出一个极其简洁、掷地有声的短句，如同在喧嚣中突然被敲响的钟声，瞬间将读者的注意力拉回核心。更令人称道的是，他对各种修辞手法的运用，并非炫技，而是服务于思想的精准表达。我注意到他多次运用反讽和悖论来揭示表象与本质之间的鸿沟，这不仅增加了阅读的趣味性，更迫使我们跳出惯性思维去审视那些被认为是“理所当然”的命题。可以说，这本书的文字本身就是一种值得被细细品味的艺术品，每一个标点符号的选择似乎都经过了反复的掂量，力求在有限的篇幅内承载最丰沛的内涵。

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