非参数模型及其自适应控制理论

非参数模型及其自适应控制理论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:科学出版社
作者:侯忠生
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1999-01-01
价格:19.0
装帧:
isbn号码:9787030069283
丛书系列:
图书标签:
  • GVG
  • 非参数模型
  • 自适应控制
  • 机器学习
  • 统计学习
  • 控制理论
  • 优化算法
  • 函数逼近
  • 系统辨识
  • 信号处理
  • 人工智能
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具体描述

《非参数模型及其自适应控制理论》 本书深入探讨了非参数模型在现代控制理论中的应用,特别是其在处理复杂、未知或时变系统时的强大能力。不同于传统的参数化模型,非参数模型不依赖于预设的系统方程形式,而是能够从数据中直接学习系统的动态特性。这使得它在应对现实世界中普遍存在的非线性、不确定性以及模型辨识困难等挑战时,展现出独特的优势。 核心内容概述: 本书的开篇部分将为读者构建坚实的理论基础。我们将从非参数模型的概念入手,详细阐述其与参数化模型的区别,并探讨不同类型的非参数模型,如核方法、径向基函数网络、样条函数以及更现代的深度学习模型等。我们将深入分析这些模型的建模原理、特点、适用范围以及其在处理高维数据和复杂函数逼近方面的潜力。 随后,本书将重点转向非参数模型在自适应控制领域的应用。自适应控制的核心在于系统能够根据其行为的变化或对环境的响应来调整其控制策略。当被控对象模型未知或随时间变化时,非参数模型便成为实现强大自适应控制的关键工具。我们将详细介绍如何利用非参数模型来估计系统的动态特性,并基于这些估计来设计鲁棒且高效的自适应控制器。 理论与实践的深度融合: 本书将涵盖一系列重要的自适应控制策略,包括但不限于: 基于模型参考自适应控制 (MRAC) 的非参数化方法: 探讨如何利用非参数模型来跟踪参考模型,即使目标模型的形式未知。 自校正控制 (ASC) 的非参数化实现: 研究如何使用非参数模型来实时估计系统参数,并相应地更新控制器增益。 模糊逻辑和神经网络在自适应控制中的应用: 详细阐述如何结合模糊逻辑的直观推理能力和神经网络的学习能力,构建能够处理模糊信息和复杂非线性系统的自适应控制器。 支持向量机 (SVM) 在系统辨识与控制中的角色: 介绍如何利用SVM强大的分类和回归能力,实现对未知系统的精准建模,并基于此进行自适应控制。 深度学习驱动的自适应控制: 随着深度学习技术的飞速发展,本书还将探讨如何利用深度神经网络来学习复杂的系统动力学,并设计基于深度学习的自适应控制算法,以应对更具挑战性的控制问题。 技术细节与分析: 在理论推导方面,本书将注重严谨性,详细阐述各种算法的收敛性证明、稳定性分析以及性能评估指标。我们将深入探讨以下关键技术点: 非参数模型参数的学习与优化: 介绍各种优化算法,如梯度下降、牛顿法、遗传算法等,在非参数模型参数估计中的应用,以及如何处理过拟合和欠拟合问题。 在线模型辨识与自适应律的设计: 重点分析如何设计有效的在线辨识算法,使得模型能够快速准确地跟踪系统动态的变化,并探讨各种自适应律的设计方法,以保证闭环系统的稳定性。 鲁棒性与稳定性分析: 针对非参数模型可能带来的不确定性,我们将深入研究各种鲁棒控制技术,并提供严格的稳定性分析工具,以确保控制系统的可靠性。 计算复杂性与实时性考量: 在实际应用中,模型的计算复杂性和控制系统的实时性至关重要。本书将讨论如何平衡模型的精度与计算效率,以及如何设计适用于实时嵌入式系统的自适应控制方案。 应用领域与前景展望: 本书不仅关注理论研究,还将通过丰富的实例分析,展示非参数模型及其自适应控制理论在各个领域的广泛应用潜力,包括但不限于: 机器人控制: 应对机器人动力学的复杂性和环境的不确定性。 航空航天: 实现对飞行器姿态和轨迹的精确控制,尤其是在复杂气动环境下。 过程控制: 优化化工、能源等领域的生产过程,提高效率和安全性。 自动驾驶: 实现对车辆的鲁棒和自适应控制,应对复杂的交通状况。 智能电网: 实时调控电力系统,保证供电的稳定性和可靠性。 本书旨在为从事自动控制、模式识别、机器学习以及相关工程领域的科研人员、工程师和高年级本科生及研究生提供一本全面、深入且实用的参考资料。通过对非参数模型及其自适应控制理论的系统性阐述,读者将能够掌握前沿的控制技术,并将其应用于解决实际工程问题,推动相关领域的发展。

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读后感

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用户评价

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这本书给我的感觉,更像是一次穿越控制理论发展史的深度旅行。作者对历史脉络的把握非常精准。他没有止步于介绍当下的热门算法,而是花费了大量的篇幅去回顾上世纪八九十年代关于自适应控制理论的经典争论,比如“参数漂移”问题和“参数间歇性”现象的成因分析。这种历史的厚重感,让读者能更深刻地理解为什么现代非参数方法会采取特定的设计策略。例如,书中对基于模糊模型的自适应设计,其核心思想的演变过程被描绘得淋漓尽致——如何从早期的基于专家经验的规则库,逐步过渡到如今的在线数据驱动的规则生成与修正。这种“溯源而上”的叙述方式,极大地拓宽了我的视野。另外,作者在举例时,很少使用教科书式的理想化系统,而是倾向于探讨实际工程中遇到的难题,比如机电耦合系统、航空航天姿态控制中的不确定性建模等。这种接地气的案例分析,让理论不再飘在空中,而是与现实工况紧密结合,提升了阅读的参与感和实用价值。

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初读这本书时,我最大的感受是其结构上的高度逻辑性和层次感。它并非简单地将各种非参数技术堆砌在一起,而是构建了一个清晰的理论框架。作者非常擅长将复杂的数学推导与直观的物理意义相结合,使得原本抽象的控制概念变得易于理解。特别是在自适应控制器的收敛性证明部分,书中采用了多种不同的稳定性分析工具,从李雅普诺夫(Lyapunov)方法到基于输入-输出线性化(Input-Output Linearization)的分析,每一种方法都配有详尽的步骤和必要的定理背景介绍。这种严谨的数学支撑,极大地增强了本书作为一本参考书的权威性。我尤其欣赏它对“鲁棒性”和“可解释性”这两大核心挑战的处理方式。在讨论鲁棒自适应控制时,作者并没有回避参数辨识过程中的噪声和外部扰动对系统性能的影响,而是引入了诸如“死区”(Dead-zone)和“投影算子”(Projection Operators)等关键技术来保证闭环系统的稳定性。这本书的深度已经超越了一般的教材范畴,更像是为高级研究人员准备的案头工具书,任何试图在复杂非线性系统控制领域进行创新性研究的人,都应该仔细研读其中的细节。

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这本书的文风极其凝练,几乎没有冗余的词藻,每一句话都似乎承载着关键信息,这对于需要快速吸收知识的读者来说是一种福音,但也要求读者具备较高的基础知识储备。它更像是高级研讨班的讲义汇编,而不是面向大众读者的科普读物。书中大量使用了数学符号和矩阵运算,如果读者对线性代数和随机过程的背景知识掌握不牢固,可能会在深入阅读中感到吃力。我特别注意到作者在讨论“奇异性”问题时的处理方式,这在许多同类书籍中往往是轻描淡写地带过,但此书却用专门的篇幅,结合几何视角,阐述了系统在特定状态下,非参数估计器可能失效的原因和应对策略。这种对系统“软肋”的坦诚揭示,极大地增强了阅读体验的真实感。总体来看,这本书成功地搭建了一座连接经典控制理论与现代智能控制技术的坚固桥梁,它要求读者投入足够的时间和精力,但作为回报,它将提供一个极其系统化和深入的知识体系,足以支撑起未来数年的研究工作。

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这本书的封面设计得非常朴实,以深蓝色为主调,配上银灰色的字体,给人一种严谨、专业的初步印象。内容上,我主要关注的是它对现代控制理论中那些“非主流”方法的梳理。我个人尤其欣赏作者在阐述模糊逻辑控制(FLC)和神经网络控制(NNC)时所展现出的那种细腻入微的洞察力。比如,在讨论模糊系统中的隶属度函数选择问题时,书中不仅仅罗列了常见的三角形、梯形等类型,还深入探讨了如何根据实际系统的非线性特性动态调整这些函数的形状和位置,这一点对于工程实践者来说,价值极高。此外,作者在绪论部分对经典参数模型局限性的批判,虽然略显尖锐,但也确实点明了探索非参数方法的必要性。书中对基于模型的自适应控制(Model Reference Adaptive Control, MRAC)的传统框架进行了深入剖析,并在此基础上引出了如何利用神经网络近似未知系统动态的思路,这种循序渐进的逻辑推进,使得即便是初次接触非参数控制的读者也能快速跟上节奏。唯一略感遗憾的是,在涉及更前沿的基于强化学习的自适应控制时,篇幅相对有限,期望在后续版本中能看到更深入的探讨。总而言之,这本书为我们提供了一个全面而深入的视角,去审视那些不依赖精确数学模型的控制哲学。

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作为一名专注于实际应用算法开发的工程师,我更关注的是代码实现的可行性和效率。这本书在理论深度之外,对算法的计算复杂性也有着细致的考量。书中对比了不同在线辨识算法(如梯度下降法、最小二乘法、卡尔曼滤波的变体)在计算负荷上的差异,并明确指出了在资源受限的嵌入式系统中,某些高阶非参数方法的局限性。尤其让我眼前一亮的是,书中专门辟出一章讨论了“在线学习”与“离线训练”的结合策略,这在当前工业界采用的混合控制架构中非常具有指导意义。例如,如何利用先前积累的离线数据对神经网络控制器的初始权重进行合理的初始化,以加速在线自适应过程,避免系统在启动初期因参数初始化不当而进入不稳定的状态。此外,书中对新型自适应准则的提出,如引入熵最小化或信息论度量来指导参数更新,展现了作者跨学科的思维模式。对于希望将这些前沿理论快速转化为可部署解决方案的读者来说,这本书提供的不仅仅是理论蓝图,更像是具备高度可操作性的技术路线图。

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