系统辨识与自适应控制

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页数:270
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出版时间:2003-7
价格:30.00元
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isbn号码:9787562428176
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  • 辨识
  • 控制
  • 系统辨识
  • 自适应控制
  • 控制工程
  • 系统分析
  • 智能控制
  • 动态系统
  • 模型识别
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具体描述

《自动化专业本科系列教材·系统辩识与自适应控制》内容包括:系统辨识的基本概念,系统辨识的经典方法,系统辨训的最小二乘算法,系统辨识的随机逼近法、极大似外法和预报误差法,数学模型的结构辨识,闭环系统的辨识,系统辨识的发展及在生实际中的应用,自适应控制概述,模型参考自适应控制,自校正控制,多变量自校正控制,自适应控制系统发展及其应用。

《自动化专业本科系列教材·系统辩识与自适应控制》适合自动化及相关专业的大学本科高年级学生和研究生学习使用,也可供自动化专业及其相关专业人员阅读。

《复杂系统建模与智能决策:原理、方法与应用》 内容简介: 本书深入探讨了复杂系统的建模原理、先进的辨识方法以及在不确定环境中实现智能决策的关键技术。全书围绕“理解与掌控复杂动态”这一核心主题,旨在为读者提供一套系统性的理论框架和实用的工具集,以应对现实世界中日益增多的非线性、高维度、时变以及存在噪声干扰的系统。 第一部分:复杂系统的本质与建模理论 本部分首先阐述了何为复杂系统,从其结构、功能、涌现性等关键特征入手,剖析了复杂系统与传统线性系统的根本区别。在此基础上,本书详细介绍了多种建模方法,不仅包括经典的物理模型和经验模型,更重点阐述了能够捕捉系统非线性动态和内在耦合关系的建模技术。 非线性动力学建模: 深入介绍如Volterra级数、Wiener模型、Hammerstein-Wiener模型等刻画系统非线性行为的函数级联模型。解释了如何从系统机理或实验数据中提取这些模型的结构和参数。 状态空间建模: 涵盖了从线性到非线性、从确定性到随机性的各类状态空间表示。重点分析了卡尔曼滤波及其变种(如扩展卡尔曼滤波EKF、无迹卡尔曼滤波UKF)在状态估计中的作用,以及粒子滤波在处理非高斯噪声和非线性系统时的优势。 机器学习与数据驱动建模: 探讨了如何利用机器学习技术,如支持向量机(SVM)、神经网络(NN)、高斯过程(GP)等,从海量数据中学习系统的动态特性,构建“黑箱”或“灰箱”模型。特别关注了深度学习模型(如RNN、LSTM、Transformer)在处理长时序依赖关系和复杂模式识别中的应用。 集成建模方法: 介绍如何结合物理知识和数据驱动方法,构建混合模型(Hybrid Models),以兼顾模型的物理可解释性和数据的拟合精度。 第二部分:现代系统辨识技术 本部分聚焦于从观测数据中估计系统模型参数和状态的技术。本书系统性地梳理了从经典参数估计到现代统计推断的辨识方法,强调了在噪声、模型失配和数据质量不佳等挑战下的模型辨识策略。 经典辨识方法: 详细讲解了最小二乘法(LS)、递推最小二乘法(RLS)、最大似然估计(ML)及其在系统辨识中的应用。 模型选择与验证: 讨论了如何根据数据特性和应用需求选择合适的模型结构,并介绍了赤池信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)以及交叉验证等模型选择准则。同时,详细阐述了如何通过残差分析、模型响应对比等手段对模型进行有效性验证。 鲁棒辨识: 针对存在异常值和测量噪声的实际场景,介绍了鲁棒辨识技术,如M估计、Huber估计等,以提高模型参数估计的可靠性。 在线辨识与自适应建模: 探讨了在系统参数随时间变化的条件下,如何实现模型的实时更新和自适应调整,为后续的智能决策提供基础。 第三部分:基于模型的智能决策与控制 本部分将前两部分建立的系统模型和辨识能力转化为实现系统最优行为的决策与控制策略。重点关注在模型不确定性、外部扰动和系统约束条件下的智能决策问题。 模型预测控制(MPC): 深入阐述了MPC的原理,包括其基于滚动优化的思想,以及如何利用系统模型预测未来输出并进行优化控制。详细介绍了不同类型的MPC,如线性MPC、非线性MPC、约束MPC等,以及其在实现鲁棒性和最优性方面的优势。 强化学习与智能控制: 结合深度学习技术,探讨了基于模型的强化学习(Model-based RL)方法。分析了如何利用系统模型来指导智能体的学习过程,提高数据效率和决策性能。研究了诸如Dyna-Q、Model-Predictive Control with Reinforcement Learning等先进算法。 决策理论与优化: 介绍最优控制理论,如动态规划、庞特里亚金最小原理等,以及如何将其应用于具体系统。同时,涵盖了贝叶斯优化、概率规划等用于处理不确定性下的决策问题。 协同与分布式决策: 针对多智能体系统或分布式控制场景,探讨了如何构建协同决策框架,实现资源的有效分配和任务的协调完成。 应用领域: 本书的理论与方法广泛应用于航空航天、机器人、自动化生产、能源系统、生物医学工程、金融建模等众多领域。通过具体的案例分析,读者可以学习如何将本书所介绍的工具应用于解决实际工程问题,实现复杂系统的智能化、高效化和自主化运行。 本书特色: 系统性强: 从理论基础到技术方法,再到应用实践,形成完整的知识链条。 前沿性高: 涵盖了复杂系统建模、辨识和智能决策的最新研究进展,特别是深度学习和数据驱动方法。 实用性好: 结合了大量算例和实际应用背景,便于读者理解和掌握。 数学严谨: 在保证理论深度和严谨性的同时,注重概念的清晰阐释。 通过研读本书,读者将能深刻理解复杂系统的内在规律,掌握现代系统辨识的关键技术,并能够设计和实现针对复杂动态系统的智能决策与控制策略,从而在不断变化和充满挑战的现代工程领域中取得成功。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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作为一名对自动化技术充满热情的学生,我对《系统辨识与自适应控制》这本书的评价是:它是一本能够点燃思考火花的著作。在学习过程中,我不仅仅是在被动地接受知识,而是在积极地与作者进行“对话”。作者并没有试图一次性将所有内容一股脑地灌输给我,而是循序渐进地引导我一步步深入。在系统辨识的部分,我被作者对于如何从海量数据中提取有价值信息的能力所折服。他没有简单地介绍几种辨识方法,而是深入分析了不同方法的适用场景、优缺点,以及它们在实际应用中可能遇到的问题。例如,在讨论ARX模型、ARMAX模型和OE模型时,作者并没有仅仅给出它们的数学表达式,而是通过解释它们在建模时的假设和对输入输出的依赖关系,帮助我理解为什么在面对不同类型的系统时,需要选择不同的模型结构。这种“为什么”的追问,是很多技术书籍所缺乏的。更重要的是,书中对于辨识结果的验证和模型选择的标准也进行了详细的阐述,这对于确保辨识的有效性和可靠性至关重要。这让我明白,辨识不仅仅是找到一个模型,更重要的是找到一个能够真实反映系统行为、并且易于后续控制设计的模型。这本书让我从一个“工具的使用者”变成了“工具的设计者”和“问题的思考者”。

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《系统辨识与自适应控制》这本书,在我看来,是一本能够“授人以渔”的宝藏。作为一名在工程领域不断探索的学生,我深知理论知识的重要性,更明白如何将理论付诸实践。这本书在系统辨识方面,提供了非常系统化的方法论。作者并没有简单地罗列各种辨识算法,而是从辨识的目标、模型结构的选取、参数估计的方法以及模型性能的评估等多个维度,对系统辨识进行了深入的阐述。我特别欣赏作者在讲解辨识算法时,所采用的“由浅入深”的教学方式。例如,在介绍最小二乘法时,他先从一个简单的线性回归问题入手,逐步引出其数学原理,然后讨论其在动态系统辨识中的应用,以及在线辨识算法的改进。这种循序渐进的讲解方式,让我能够轻松地理解那些看似复杂的数学概念。更让我印象深刻的是,书中对于辨识结果的验证方法进行了详细的介绍,比如预测误差方法、交叉验证等,这让我明白,辨识不仅仅是为了找到一个模型,更是要确保这个模型是有效的、可靠的。而自适应控制部分,则将系统辨识的成果,转化为实际的控制策略。作者通过生动的例子,展示了如何基于辨识到的系统模型,设计出能够动态调整参数的自适应控制器,以应对系统性能的变化和外部扰动的干扰。

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这本《系统辨识与自适应控制》是一本极具启发性的著作,它改变了我对许多自动化系统的看法。以往,我习惯于将系统视为一个固定的、已知的实体,然后去设计控制器。然而,这本书让我意识到,在很多情况下,我们对系统的了解是有限的,甚至是不准确的,而系统本身也在不断地演变。作者在系统辨识部分,介绍的“在线辨识”技术,让我看到了“化被动为主动”的可能性。这意味着,在系统运行的过程中,我们可以实时地收集数据,不断地更新和修正对系统模型的认识。这就像是给工程师们提供了一双“慧眼”,能够洞察系统在变化中的本质。书中对于不同辨识算法的比较,也让我对“选择哪种方法”有了更清晰的判断标准,比如,什么时候适合用批量辨识,什么时候必须使用递归辨识,以及不同算法在计算复杂度、收敛速度和对噪声的敏感性方面的权衡。更让我着迷的是,作者将系统辨识与自适应控制巧妙地结合起来,形成了一个完整的框架。他不仅教我们如何“认识”系统,更教我们如何利用这种“认识”来“控制”系统。这种“认识-控制”的闭环思想,是这本书最核心的价值所在。

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这本《系统辨识与自适应控制》宛如一本通往复杂动态世界大门的钥匙,它的出现,对于我这样在工程领域摸索多年的实践者来说,无疑是一场及时雨。此前,我虽然接触过不少关于控制理论的书籍,但总觉得那些理论知识与实际系统之间的鸿沟难以弥合,尤其是在面对那些参数会随时间变化的、或者我们对其内部机制并不完全了解的“黑箱”系统时,传统的固定参数控制器显得力不从心。这本书恰恰抓住了这个痛点,系统地阐述了如何从系统的输入输出数据中“辨识”出系统的模型,然后如何基于这个辨识出来的模型,设计出能够动态调整自身参数以适应系统变化和外部扰动的自适应控制器。我特别欣赏的是作者在介绍辨识算法时,并非生硬地罗列公式,而是深入浅出地剖析了这些算法的原理,例如,在讨论递归最小二乘法时,作者不仅仅是给出了迭代公式,更是通过类比,比如“像侦探一样,一步步从蛛丝马迹中还原真相”,帮助我理解了参数估计的过程是如何随着新数据的不断到来而逐步修正的。这种对理论的深入挖掘和恰当的解释,让我对如何处理实际工程中的不确定性有了更深刻的认识,也让我对那些看似难以驾驭的系统,重新燃起了征服的信心。这本书不仅仅是理论的堆砌,更像是为我提供了一套完整的思维方法和解决问题的工具箱,让我能够更有针对性地去理解和改造那些充满挑战的工程系统。

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《系统辨识与自适应控制》这本书,对我而言,就像是为我的工程思维注入了新的活力。我一直认为,一个优秀的工程师不仅要会使用现成的工具,更要懂得工具背后的原理,并且能够根据实际情况创造出新的工具。这本书恰恰给了我这样的启示。在自适应控制部分,我深切体会到,当系统模型未知或时变时,固定参数的控制器确实显得捉襟见肘。这本书详细阐述了自适应控制的几种主流思想,比如基于模型误差的自适应(如Lyapunov方法)、基于性能指标的自适应(如强化学习的早期思想)等等,并给出了具体的实现框架。我尤其对书中关于“自适应律”的推导印象深刻,作者通过清晰的数学推导,展示了如何设计一个能够根据系统当前的表现,动态调整控制器参数的“规则”。这种“规则”的设计,不仅仅是数学技巧的运用,更是对系统动力学特性的一种深刻理解。书中对于鲁棒自适应控制的探讨,也让我认识到,即使在存在不确定性和扰动的情况下,我们依然可以设计出性能可靠的自适应控制器。这为我处理现实世界中复杂多变的工程问题提供了坚实的理论基础和实践指导。

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《系统辨识与自适应控制》这本书,对我来说,不仅仅是一本技术书籍,更是一本能够拓展我思维边界的著作。我一直认为,科学和技术的发展,很大程度上在于不断地认识和改造我们周围的世界。而对于动态系统而言,这种认识和改造的过程,往往伴随着不确定性。这本书在系统辨识部分,就极好地解决了“如何认识不确定系统”的问题。作者在介绍各种辨识算法时,非常注重理论与实践的结合。他不仅详细讲解了算法的数学原理,还深入分析了它们在实际应用中可能遇到的挑战,例如数据噪声的影响、模型选择的困难以及计算效率的问题,并提供了相应的解决方案。我尤其喜欢书中对“辨识精度”和“模型鲁棒性”的讨论,这让我明白,辨识的目的不仅仅是找到一个“足够好”的模型,更是要找到一个能够在一定范围内抵抗不确定性的模型。而自适应控制部分,更是将这种“认识”的能力,转化为“控制”的智慧。作者通过清晰的推导和生动的例子,阐述了如何设计能够根据系统状态和外部变化而自动调整的控制器。这本书让我看到了,如何利用数据和智能算法,去构建能够自主学习和适应的智能系统,这无疑是未来技术发展的重要方向。

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对于《系统辨识与自适应控制》这本书,我的评价是:它是一本能够激发我深入思考的经典之作。在学习过程中,我不仅仅是在被动地接受知识,更是在主动地探索和思考。书中关于系统辨识的章节,为我提供了认识和理解动态系统的新视角。我尤其被作者对于“模型不确定性”的讨论所吸引。他深入分析了系统辨识过程中可能存在的各种不确定性,比如测量噪声、模型结构选择的偏差以及系统本身的非线性等,并探讨了如何通过合理的设计和鲁棒的算法来应对这些不确定性。这让我明白,在实际工程应用中,很少有完美的模型,关键在于如何找到一个能够有效工作的“足够好”的模型。书中对各种辨识算法的详细介绍,以及它们各自的优缺点分析,为我提供了丰富的工具箱,让我能够根据具体的工程问题,选择最适合的辨识方法。更重要的是,这本书将系统辨识与自适应控制有机地结合起来。它不仅教我如何“认识”一个系统,更教我如何利用这种“认识”来“控制”一个系统,并且在控制的过程中不断地“学习”和“适应”。这种“认识-控制-学习”的闭环思想,让我对自动化控制的本质有了更深刻的理解,也为我未来从事相关领域的研究和工程实践,提供了宝贵的思想启迪和技术指导。

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我一直对那些能够“自我学习”、“自我进化”的智能系统抱有浓厚的兴趣,而《系统辨识与自适应控制》这本书,无疑为我打开了通往这个迷人世界的大门。它不仅仅是一本教材,更像是一本哲学读物,引导我思考“如何让机器像人一样学习和适应”。书中关于自适应控制的章节,让我对“自适应”这个概念有了全新的理解。以往我可能将自适应理解为简单的参数调整,但这本书却揭示了自适应背后更深层次的机制:系统能够感知自身性能的变化,并主动地去调整其控制策略,以维持最优的性能表现。我特别喜欢作者在讲解一些复杂的自适应控制算法,比如模型参考自适应控制(MRAC)和自适应观测器时,所采用的类比和图示。例如,作者将MRAC比作一个“循规蹈矩的学生”,他有一个理想的“学习榜样”(参考模型),无论他自己做得如何,总是努力去模仿榜样的行为,通过这种模仿来不断修正自己的学习方法。这种生动的比喻,极大地降低了理解抽象概念的难度。更让我印象深刻的是,书中并没有止步于理论的介绍,而是详细阐述了这些算法在实际应用中的挑战,例如参数收敛的速度、对噪声的敏感性以及如何避免控制器发散等问题,并提供了相应的解决方案和设计技巧。这让我意识到,真正的掌握不仅仅是理解公式,更是理解其背后的逻辑以及如何在实践中驾驭它们。

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读完《系统辨识与自适应控制》这本书,我感觉自己仿佛经历了一场思维的“升级”。在我以往的认知中,控制系统更多的是基于对系统模型的精确掌握,然后设计出固定参数的控制器。然而,这本书彻底颠覆了我的这种观念。它让我深刻地认识到,在现实世界中,许多系统都是动态变化的,它们的参数会随时间发生改变,甚至其内部的数学模型我们都难以完全获知。在这种情况下,传统的固定控制器往往会失效。这本书的系统辨识部分,就像是为我打开了一扇新的窗户,让我看到了“如何从零开始”认识一个系统。作者详细介绍了各种从输入输出数据中辨识系统模型的方法,从简单的线性模型到更复杂的非线性模型,他都给出了清晰的讲解和数学推导。我特别欣赏的是,作者在讲解辨识算法时,不仅仅是列出公式,更注重解释这些公式背后的逻辑和物理意义,以及如何在实践中运用它们。更重要的是,这本书将系统辨识与自适应控制紧密地联系在一起,形成了一个完整的解决方案。它不仅教我如何“识别”一个系统,更教我如何利用这些识别出来的信息,来设计一个能够“自我调整”的控制器,以应对系统的变化和外部的干扰。这种“认识”和“适应”的结合,为我处理复杂的工程问题提供了强大的理论支撑和实践指导。

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对于《系统辨识与自适应控制》这本书,我只能用“相见恨晚”来形容。在我的学习和工作经历中,遇到过不少需要处理参数变化或模型未知情况的工程项目,当时常常感到力不从心,缺乏有效的理论指导。这本书的出现,恰好弥补了这一空白。书中对于系统辨识部分的阐述,让我对“从数据中提取知识”有了更深入的理解。我特别欣赏作者对不同辨识方法(如模型结构辨识、参数辨识)的分类和梳理,以及对每种方法背后数学原理的细致推导。他不仅仅是列出公式,更是通过解释这些公式是如何从物理意义或统计意义推导出来的,帮助我建立了对辨识过程的直观理解。例如,在介绍最小二乘法时,作者用了一个“最佳拟合直线”的类比,让我能够轻易地理解参数估计的目标是为了最小化预测误差。而对“模型结构选择”的讨论,更是让我意识到,辨识不仅仅是找到一组参数,更是要找到一个与系统实际行为最匹配的模型结构。这本书的价值在于,它提供了一套系统化的方法论,让我能够更自信、更有效地去应对那些“不确定”的工程挑战,也让我看到了自动化控制技术在应对复杂动态系统方面的巨大潜力。

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