理论力学(上册)

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出版者:高等教育出版社
作者:
出品人:
页数:467
译者:
出版时间:2000-3
价格:14.60元
装帧:
isbn号码:9787040059601
丛书系列:
图书标签:
  • 力学
  • 理论力学
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具体描述

本书是中等职业学校计算机应用等专

现代控制理论基础:系统建模与稳定性分析 作者: 王建国,李明华 出版社: 科技文献出版社 装帧: 精装 页数: 约680页 定价: 188.00元 --- 内容简介 《现代控制理论基础:系统建模与稳定性分析》是一本系统阐述现代控制理论核心概念、分析方法与设计技巧的专业性著作。本书旨在为工程技术人员、研究生以及高年级本科生提供一套深入且实用的理论框架和实践工具,以应对复杂动态系统在不确定性、时变性以及非线性环境下的控制挑战。本书紧密围绕“系统建模”与“稳定性分析”这两大支柱展开,并逐步引入现代控制理论中最具影响力的工具——状态空间法。 本书内容组织严谨,逻辑清晰,力求在数学严谨性与工程直观性之间取得完美平衡。它不仅是理论学习的权威参考书,更是解决实际工程问题的有力助手。 --- 第一部分:动态系统的数学描述与状态空间方法 本部分奠定了现代控制理论分析的基础——状态空间表示法。不同于经典的传递函数方法,状态空间法能够更全面地描述多输入多输出(MIMO)系统、系统的内部动态以及非零初值条件下的响应。 第一章:动态系统的回顾与引入 本章首先回顾了经典控制理论中的基本概念,如反馈、补偿器的作用,并指出了经典方法的局限性(如对MIMO系统处理的复杂性)。随后,系统地介绍了线性常微分方程(LODE)作为描述动态系统的基本数学语言。重点讲解了“状态”的定义,即能够完全描述系统未来行为的最小集合变量。 第二章:线性定常系统(LTI)的状态空间建模 本章是本书的核心基础之一。详细阐述了如何将物理系统(机械、电气、热力等)转化为标准状态空间形式:$dot{mathbf{x}}(t) = mathbf{A}mathbf{x}(t) + mathbf{B}mathbf{u}(t)$,$mathbf{y}(t) = mathbf{C}mathbf{x}(t) + mathbf{D}mathbf{u}(t)$。 内容涵盖: 1. 物理建模与坐标变换: 如何根据基尔霍夫定律、牛顿第二定律建立初始微分方程组,并通过坐标变换转化为规范型(如约旦标准型、控制标准型、观测标准型)。 2. 系统矩阵的性质: 详细分析了系统矩阵 $mathbf{A}$ 的特征值(固有值)与系统动态特性(如暂态响应的速度和阻尼)之间的深层联系。 3. 方块图与状态图: 教授如何利用图形化工具辅助理解和推导系统的状态方程。 第三章:线性时变系统(LTV)的初步探讨 针对现代工程中常见的参数随时间变化的系统(如火箭飞行过程、参数漂移的传感器系统),本章引入了时变状态空间表示:$dot{mathbf{x}}(t) = mathbf{A}(t)mathbf{x}(t) + mathbf{B}(t)mathbf{u}(t)$。重点讲解了状态转移矩阵 $mathbf{Phi}(t, t_0)$ 的概念及其计算方法(如利用级数展开或数值积分)。 第四章:系统的基本性质:能控性与能观测性 能控性(Controllability)和能观测性(Observability)是现代控制理论的基石。 1. 能控性分析: 引入卡尔曼能控性判据,并探讨了如何通过状态反馈改变系统的固有动态。详细分析了不可控系统(Uncontrollable Systems)的特性及其在实际中的表现。 2. 能观测性分析: 引入卡尔曼能观测性判据,并阐述了它在状态估计问题中的核心地位。 3. 对偶性原理: 揭示了能控性与能观测性之间的深刻对偶关系,强调了矩阵秩判据的普适性。 --- 第二部分:系统的稳定性分析与判据 稳定性是控制系统设计中必须首先解决的问题。本部分集中讨论了在不同数学描述下,系统稳定性的严格判据。 第五章:线性系统的稳定性理论 本章从严格的数学定义出发,区分了以下几种稳定性概念: 1. 李雅普诺夫稳定性(Marginal Stability): 状态有界。 2. 渐近稳定性(Asymptotic Stability): 状态最终收敛于零。 3. 指数稳定性(Exponential Stability): 状态收敛的速度有明确的界限。 本章的核心是系统矩阵 $mathbf{A}$ 的特征值分布与稳定性的关系(如特征值位于左半平面)。 第六章:李雅普诺夫稳定性分析法 李雅普诺夫方法是判断非线性系统稳定性的最重要工具,也是现代控制理论区别于经典理论的关键特征之一。 1. 直接法(第二法): 详细介绍了李雅普诺夫函数的构造原理,强调其“构造困难性”和“充分性”的特点。通过实例讲解了二次型李雅普诺夫函数在LTI系统稳定性判据中的应用,并导出了代数李雅普诺夫方程。 2. 间接法(第一法): 利用系统在平衡点附近的线性化近似来判断稳定性,适用于局部稳定性分析。 第七章:输入-输出稳定性与有限增益稳定性 本章扩展了稳定性的概念,使其适用于评估系统对外界干扰(输入 $mathbf{u}$)的鲁棒性。 1. BIBO稳定性(有界输入,有界输出): 针对LTI系统,阐述了传递函数零点与输入输出稳定性的关系(要求所有传递函数极点位于左半平面)。 2. $H_2$ 范数与 $H_{infty}$ 范数简介: 初步引入系统性能指标与输入输出范数的关系,为后续的鲁棒控制打下基础。 --- 第三部分:状态反馈与状态观测器设计 掌握了系统的建模、能控/能观测性分析以及稳定性判据后,本部分着手于如何利用这些知识来设计实际的控制器和状态估计器。 第八章:状态反馈控制与极点配置 本章的核心是利用全维状态反馈 $mathbf{u} = -mathbf{K}mathbf{x} + mathbf{r}$ 来重塑系统的动态行为。 1. 极点配置原理: 基于能控性,利用Ackermann公式(或转化矩阵法)设计反馈增益矩阵 $mathbf{K}$,使闭环系统矩阵 $mathbf{A} - mathbf{BK}$ 具有期望的特征值(闭环极点)。 2. 反馈的局限性: 讨论了状态反馈的实际应用难题——状态变量往往无法直接测量。 第九章:状态观测器的设计与估计 为解决状态无法直接测量的问题,本章引入了观测器(Observer)的概念,用以基于可测量的输入 $mathbf{u}$ 和输出 $mathbf{y}$ 来估计内部状态 $hat{mathbf{x}}$。 1. 观测器的构造: 引入观测器增益 $mathbf{L}$,设计误差微分方程 $dot{mathbf{e}} = (mathbf{A} - mathbf{LC})mathbf{e}$。 2. 极点配置于观测器: 基于能观测性,设计增益 $mathbf{L}$ 以确保状态估计误差渐近收敛。 3. 分离原理(Separation Principle): 阐述了控制器设计和观测器设计可以相互独立进行的重要性。 第十章:有效状态估计:卡尔曼滤波器的引入 本章从概率论和随机过程的角度,将确定性观测器提升到最优估计的层面。 1. 随机系统模型: 引入系统噪声 $mathbf{w}(t)$ 和测量噪声 $mathbf{v}(t)$,建立离散时间下的随机状态空间模型。 2. 卡尔曼滤波算法: 详细推导了卡尔曼滤波器的预测步和更新步,强调了卡尔曼增益 $mathbf{K}_k$ 的最优性准则(最小化均方误差)。本书对卡尔曼滤波器的推导过程进行了详尽的、便于理解的阐述。 --- 目标读者 本书适合于: 学习自动控制理论、系统工程、航空航天工程、电子信息工程等专业的硕士和博士研究生。 需要深入理解控制系统内部机理的工程师和研究人员。 希望从经典控制过渡到现代控制,并掌握状态空间分析方法的专业人士。 本书特色 1. 理论的深度与工程的广度相结合: 每一个理论概念后都附有典型的工程案例分析,确保读者能够将数学工具应用于实际问题。 2. 侧重于数学工具的直观理解: 特别是对李雅普诺夫函数、卡尔曼增益的物理意义进行了深入剖析,避免了纯粹的公式堆砌。 3. 详尽的矩阵代数推导: 大量涉及到矩阵指数、特征值分解等代数工具的应用,为读者打下扎实的数学基础。 --- (注:本书内容不涉及非线性控制、自适应控制、鲁棒控制或最优控制的进阶主题,专注于现代控制理论的基础框架搭建。)

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作为一名即将步入职场的毕业生,理论力学一直是我的学习重点,而《理论力学(上册)》这本书为我提供了极大的帮助。这本书的内容非常扎实,从最基础的运动学到动力学,再到能量和动量守恒,几乎涵盖了所有核心概念。我特别喜欢书中对“冲量”和“动量”关系的阐释,它通过对碰撞问题的分析,清晰地展示了冲量是动量变化的度量,以及动量守恒定律的应用。这对于理解动量在物理学中的重要性非常关键。另外,书中在讲解“振动”和“波”的初步概念时,也进行了比较细致的描述,虽然是上册,但已经为后续学习打下了基础。我个人认为,这本书的最大优点在于它的例题都非常具有代表性,而且解答过程完整,逻辑清晰,这让我能够更好地掌握解题技巧,并能举一反三。我常常在遇到难题时,会翻到书中相关的例题,从中找到解决问题的思路和方法。

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我是一名在校的数学系学生,虽然主修不是物理,但我一直对理论力学保持着浓厚的兴趣。《理论力学(上册)》这本书给我带来了非常愉快的学习体验。这本书的数学表述非常严谨,很多概念的引入都伴随着清晰的数学推导,这对于我这样的数学背景的学生来说,非常容易接受。我特别欣赏书中对“矢量”的运用,从速度、加速度到力、力矩,都使用了矢量来表示,这使得物理过程的描述更加直观和准确。此外,书中在讲解“转动惯量”时,不仅给出了定义,还计算了一些常见形状物体的转动惯量,并探讨了平行轴定理和垂直轴定理,这让我对刚体的转动有了更深入的理解。我个人认为,理论力学是一门数学和物理相结合的学科,而这本书在两者之间的平衡做得非常好。它能够让我在享受数学之美的同时,也能领略到物理世界的奥妙。

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拿到这本《理论力学(上册)》已经有一段时间了,总想着要找个机会静下心来好好品味一番,毕竟理论力学这门学科,对于我这个机械专业的学生来说,可以说是基石中的基石,重要性不言而喻。翻开书页,扑面而来的便是那种严谨、系统、逻辑清晰的学术气息,封面设计也相当大气,给人一种值得信赖的感觉。从目录上看,内容涵盖了质点和刚体的基本概念、运动学、动力学,还包括了功、能、动量等核心内容,这几乎涵盖了我大学一年级到二年级前半段需要掌握的理论力学知识点。我特别喜欢书中对概念的阐释,往往从最基础的定义出发,层层递进,将抽象的物理概念具象化,例如在讲解“力”的时候,不仅仅是给出了牛顿第三定律的定义,还结合了生活中的各种实例,比如推门、拉绳子,甚至还有更细致的摩擦力、弹力等,这些都让我觉得理论并非高高在上,而是触手可及。更让我印象深刻的是,作者在讲解每一个定理、每一个定律时,都给了非常详细的推导过程,而且每一步都标注得清清楚楚,这对于我这样需要理解“为什么”的学生来说,简直是福音。不像有些教材,直接给出结论,让人一头雾水。这本《理论力学(上册)》就像一位循循善诱的老师,耐心地引领我一步步走入理论力学的殿堂。

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作为一名对物理学充满好奇心的爱好者,我一直在寻找一本能够系统性地梳理理论力学知识的书籍,而《理论力学(上册)》恰好满足了我的需求。这本书给我最直观的感受就是它的“厚重感”,不仅仅是纸张的厚度,更是知识体系的严谨与完整。从质点的运动规律到刚体的转动,从基本定律的推导到各种守恒定律的应用,作者都进行了详尽的阐述。我非常喜欢书中对“约束”这一概念的讲解,它详细分析了各种约束的类型,以及如何处理带约束的运动问题,这在很多其他的教材中可能只是简单带过。而在这本书里,它被放在了非常重要的位置,并且提供了多种解决策略。我个人认为,理解了约束,就理解了力学问题的关键所在。另外,书中在讲解牛顿运动定律时,不仅仅局限于惯性参考系,还对非惯性参考系下的力学问题做了初步的介绍,这为我后续学习更复杂的力学内容打下了良好的基础。我特别欣赏作者在描述数学推导时,所使用的语言非常简洁而精确,没有丝毫多余的赘述,这使得整个推导过程清晰明了,易于理解。

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我是一名在校的工程类学生,理论力学是我学习过程中的重要一环。《理论力学(上册)》这本书为我提供了坚实的理论基础。这本书最大的特点在于其内容的全面性和系统的性。从最基本的运动描述,到动力学的分析,再到功、能、动量守恒等概念,它都进行了深入浅出的讲解。我特别欣赏书中对“刚体”概念的定义和分析,它详细阐述了刚体与质点的区别,以及刚体的平面运动和空间运动的基本概念。这对于我理解后续的转动惯量、角动量等知识点奠定了基础。另外,书中在讲解“力矩”和“角动量”时,通过详细的数学推导,清晰地展示了它们之间的关系,以及角动量守恒定律的应用。我个人认为,理解了这些概念,对于分析旋转运动以及冲击问题至关重要。书中的例题设计也非常巧妙,它们不仅能够帮助我理解抽象的理论,更能让我学会如何将理论应用于实际问题。我常常在做完例题后,会尝试着改变一些条件,看看结果会有什么不同,这种主动学习的方式让我的理解更加深入。

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我是一名即将毕业的工科研究生,在求学过程中,理论力学一直是我的“老朋友”,也曾经是我的“拦路虎”。接触过不少理论力学的教材,但《理论力学(上册)》带给我的感觉是全新的。首先,它的章节安排非常合理,从最基本的运动学开始,逐步过渡到动力学,再到功和能的概念,整个学习路径非常流畅。我尤其欣赏书中在引入新概念时所做的铺垫,它不会直接抛出一个复杂的公式,而是先从实际问题出发,引导读者思考,然后自然而然地引出相应的理论。例如,在讲解动量守恒定律时,书中先描述了碰撞的场景,然后通过分析碰撞前后系统的动量变化,来揭示动量守恒的普遍性。这种“情境驱动”的学习方式,让我觉得学习过程不再枯燥,而是充满探索的乐趣。此外,书中大量的插图和例题更是锦上添花,这些插图不仅美观,而且准确地描绘了物理过程,大大降低了理解的难度。例题的选择也很有代表性,涵盖了各种不同类型的力学问题,并且提供了详细的解题步骤和思路分析,这对于我巩固知识、提高解题能力起到了至关重要的作用。我常常在做完例题后,再回头翻看相关的理论讲解,这样能更深刻地理解理论与实践的结合。

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我是一名在校的物理系学生,平时除了课堂学习,也经常会阅读一些相关的参考书。《理论力学(上册)》是我最近购入的一本,它给我留下了非常深刻的印象。首先,这本书的结构设计非常清晰,从最基础的运动学描述,到动力学的分析,再到功、能、动量的概念,每个章节都循序渐进,逻辑性极强。我尤其欣赏书中对“参照系”的详细讲解,它不仅介绍了惯性参照系,还对非惯性参照系进行了初步的探讨,并给出了科里奥利力等概念的引入。这对于理解一些看似违背直觉的运动现象至关重要。此外,书中在讲解动量守恒和能量守恒时,不仅仅是给出了公式,更是通过大量精选的例题,展示了这些定律在各种复杂情况下的应用。例如,在讲解能量守恒时,书中不仅考虑了机械能守恒,还讨论了非保守力做功对能量的影响,这使得我对能量的理解更加全面和深刻。我个人认为,这本书最大的优点在于它能够将抽象的物理概念与具体的数学语言完美地结合起来,让读者在理解物理本质的同时,也能掌握严谨的数学表达方式。

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我是一名对物理学有浓厚兴趣的爱好者,一直想系统地学习理论力学,而《理论力学(上册)》这本书满足了我的期待。这本书的语言风格非常学术化,但同时又不失清晰易懂。我最喜欢的是书中对“瞬时状态”和“过程”的区分,尤其是在分析功和能的时候,它强调了路径积分在计算功中的重要性,以及能量守恒的普适性。这让我对能量的理解不再局限于简单的机械能。此外,书中对“惯性”和“质量”这两个概念的区分也做得非常到位,它明确了惯性是物体抵抗运动状态改变的性质,而质量是度量惯性大小的物理量。这种对基础概念的精准定义,对于建立牢固的理论基础至关重要。我个人认为,理论力学中的很多概念都具有哲学意义,而这本书在讲解这些概念时,也隐隐透露出一种科学的严谨和深刻。它不仅仅是一本教材,更像是一扇通往物理世界大门的钥匙。

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作为一名在大学一年级就开始接触理论力学的学生,这本书给我带来了非常积极的学习体验。我特别喜欢它在概念引入上的严谨性,比如在讲解“质点”这个概念时,它首先强调了理想化的意义,以及为什么在许多情况下可以将物体简化为质点来分析。这种对基础概念的深入挖掘,让我觉得不仅仅是在学习公式,更是在理解力学背后的思想。书中对“速度”和“加速度”的定义,也十分细致,包括了瞬时速度、平均速度等,并且给出了相应的矢量表示方法。这对于我准确理解运动状态至关重要。我个人认为,理论力学中最容易出错的地方往往是运动学的描述不准确。而这本书在这方面做得非常到位。另外,书中对牛顿第二定律的阐释,不仅仅是简单的F=ma,还强调了力的矢量性以及合力的概念,并且通过各种力的合成和分解的例子,帮助我掌握了如何正确地分析物体受力。在学习过程中,我发现书中提供的练习题类型多样,难度也适中,能够有效地检验我是否真正掌握了知识点,并能及时发现自己的薄弱环节。

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作为一名对机械工程有深入研究兴趣的学生,我一直都在寻找一本能够深入讲解理论力学核心概念的书籍,《理论力学(上册)》给了我很大的惊喜。这本书在内容的深度和广度上都做得非常出色。我特别喜欢书中对“虚功原理”的介绍,它不仅给出了数学表达式,还深入分析了虚功原理在解决复杂力学问题中的优势,例如在求解静力学平衡问题时,它提供了一种更加便捷的方法。此外,书中在讲解“相对运动”和“牵连运动”时,也进行了详细的阐述,并引入了科里奥利力和离心力的概念,这对于理解在非惯性参考系下的运动现象非常重要。我个人认为,这本书的优点在于它能够将理论与实际应用紧密结合,通过大量的例题和习题,让读者能够真正掌握理论力学的知识,并将其应用到工程实践中。我常常会带着书中的理论知识,去分析生活中的各种机械装置,这让我觉得学习理论力学充满了乐趣和意义。

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