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出版者:西南交通大学出版社

作者:

出品人:

页数:332

译者:

出版时间:2005-8-1

价格:13.8

装帧:平装

isbn号码:9787811040968

丛书系列:

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现代控制理论基础与应用 作者： [此处可填写真实作者姓名或留空] 出版社： [此处可填写真实出版社名称或留空] ISBN： [此处可填写真实ISBN或留空] --- 内容简介： 《现代控制理论基础与应用》 是一部旨在系统、深入介绍现代控制理论基本原理、核心方法及其在工程实践中广泛应用的专业教材与参考书。本书着眼于经典控制理论向现代控制理论的理论深化和技术扩展，尤其侧重于状态空间描述、最优控制、鲁棒控制以及非线性控制等当代控制科学的前沿领域。全书结构严谨，逻辑清晰，理论推导详尽，同时辅以大量的工程实例和仿真分析，力求在理论深度和工程实用性之间达到完美的平衡。 本书内容涵盖了控制理论的几个核心支柱，从最基础的系统描述方法开始，逐步构建起完整的现代控制理论知识体系。 第一部分：状态空间描述与系统分析 本部分是全书的基石，详细阐述了如何使用状态变量来精确描述复杂的动态系统。 1. 动态系统的数学模型： 深入探讨了连续时间系统和离散时间系统的状态空间表示法。内容包括状态变量的选择、系统矩阵（A、B、C、D）的推导过程，特别是针对机械、电气、热力学等典型物理系统的建模方法。详细分析了线性时不变（LTI）系统的结构特性，如能控性、能观测性和稳定性。 2. 线性系统的结构与分解： 重点介绍了相似变换在系统分析中的作用。通过对系统矩阵进行 Jordan 标准型或约当标准型变换，揭示了系统的内在模态结构。详细讨论了特征值、特征向量与系统动态行为之间的内在联系，并阐述了如何利用初等变换和极点配置技术来实现系统性能的设计。 3. 可控性与可观测性理论： 严格证明了可控性和可观测性的充要条件——卡尔曼判据。在此基础上，介绍了如何利用可控性/可观测性 Gramian 矩阵进行量化分析。同时，深入探讨了不可控/不可观测子空间的概念，为后续的模态分解和降阶模型设计奠定理论基础。 4. 状态观测器设计： 针对系统状态变量难以直接测量的工程难题，本书详尽讲解了 Luenberger 观测器、最小阶观测器以及扩展卡尔曼滤波（EKF）的基础思想。阐述了观测器误差系统的稳定性分析，确保观测信息的可靠性与实时性。 第二部分：最优控制理论 本部分聚焦于如何设计出在给定性能指标下表现最佳的控制策略。 1. 性能指标与变分法基础： 首先引入了性能指标函数（如二次型性能指标）的定义。详细回顾了解决最优化问题的数学工具——变分法，特别是欧拉-拉格朗日方程的推导和应用，为后续的最优控制问题奠定分析基础。 2. 线性二次型最优控制（LQR）： LQR 是现代控制理论中最成熟和应用最广泛的部分之一。本书详细推导了黎卡提方程（代数形式和微分形式）的求解过程，并阐述了最优反馈增益 $K$ 的确定方法。分析了 LQR 问题的稳定性和性能的权衡。 3. 极大值原理： 对于更一般的非线性系统最优控制问题，本书引入了庞特里亚金极大值原理（Pontryagin's Maximum Principle, PMP）。详细解释了哈密顿函数、协态变量的定义及其边界条件，并结合实例展示了如何利用 PMP 求解最优控制律。 第三部分：鲁棒控制与先进技术 随着工程实践中不确定性模型认知的加深，本书引入了应对模型误差和外部扰动的先进控制方法。 1. 描述符与频域方法： 介绍了如何将状态空间模型转化为传递函数矩阵形式，并探讨了系统的频率响应特性。在此基础上，引入了稳态误差分析和根轨迹分析的现代控制视角。 2. $mathbf{H}_{infty}$ 控制理论简介： 针对系统模型存在结构不确定性和未建模动态的情况，本书介绍了 $ ext{H}_{infty}$ 控制的基本思想，即通过设计控制器来最小化外部扰动到控制输出之间的加权 $ ext{H}_{infty}$ 范数，从而实现对性能的“最坏情况”保证。 3. 非线性系统的初步探索： 简要介绍了处理非线性系统的基本方法，包括反馈线性化（Feedback Linearization）的基本思想及其适用条件，以及李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性分析方法，为后续深入研究非线性控制打下基础。 全书特点： 1. 理论完备性： 覆盖了从经典到现代控制理论的完整过渡，理论推导严谨，定理陈述清晰。 2. 工程导向： 每章均包含多个详细的工程应用案例，如飞行器姿态控制、机器人轨迹跟踪、过程控制等，帮助读者理解抽象理论的具体实现。 3. 数学工具整合： 强调了线性代数、微分方程和优化理论在控制系统设计中的核心作用，提升读者的数学建模与分析能力。 4. 深度与广度并重： 既有 LQR 这种成熟技术的深入剖析，也有 $ ext{H}_{infty}$ 等前沿理论的初步介绍，适合高年级本科生、研究生及从事控制系统设计的工程师阅读。 本书旨在培养读者利用现代数学工具和系统思维来分析、设计和综合复杂动态系统的能力，是深入理解和应用现代控制技术的必备参考资料。

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我特别欣赏这本书在内容组织上的严谨逻辑和循序渐进的编排方式。它仿佛是为初学者量身定制的一条清晰的学习路径图。初期的章节内容，对基础概念的引入非常耐心和详尽，没有直接跳入复杂的公式推导，而是先用直观的语言和生活化的例子去铺垫理论的基石。这种“慢热”的处理方式，极大地降低了初学者面对抽象数学概念时的心理门槛。随着学习的深入，你会发现作者巧妙地在不同知识点之间建立了隐性的联系，比如在讲解完大数定律后，紧接着就引入了中心极限定理的应用场景，这种前后呼应的设计，让知识体系不再是零散的碎片，而是形成了一个有机的整体。读完一个单元，我常常有一种“原来如此”的豁然开朗感，这种流畅的知识递进，才是真正高效的学习催化剂。

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这本书的装帧设计着实令人眼前一亮，封面的配色大胆而富有现代感，深邃的藏蓝与跳跃的亮黄形成鲜明对比，一下子抓住了我的注意力。初次翻开，纸张的质感也超出了我的预期，触感温润，书页不易反光，即便是长时间在台灯下阅读，眼睛的疲劳感也减轻了不少。装订工艺看得出是下过功夫的，书脊平整坚固，每一页的翻阅都流畅自然，完全不用担心书本会轻易散架。内页的字体排版更是体现了出版方的专业素养，行距和字号的设置非常适中，逻辑清晰的章节划分和清晰的标题层级，使得查找和定位内容变得异常便捷。整体来说，这本实体书的阅读体验是极佳的，从拿起放下，每一个细节都在为用户提供一种舒适且愉悦的阅读氛围，这对于学习资料来说，无疑是一个巨大的加分项，让人愿意花更多时间沉浸其中。

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这本书的整体风格给我的感觉是既权威又亲切，完美平衡了学术的严谨性和可读性。它在阐述数学原理时，用词精准，一丝不苟，绝不含糊其辞，让人对其中蕴含的数学真理深信不疑。然而，在处理那些逻辑复杂的论证时，作者又非常懂得如何运用生动、略带幽默的笔触进行引导，使得原本枯燥的推导过程变得不那么令人望而却步。这种“亦师亦友”的叙事口吻，让阅读过程中的挫败感大大降低，仿佛有一位经验丰富、耐心十足的导师在身旁陪伴指导。这种风格的成功塑造，极大地提升了学习的内在驱动力，让人愿意主动去探索那些看起来更具挑战性的内容，而不是被动地应付任务。

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作为一名需要不断回顾和查阅的进阶学习者，我更看重工具书的“检索效率”。在这方面，这本书的表现堪称典范。它的索引部分做得极其详尽，不仅收录了核心术语，甚至连一些在习题中出现的关键性定义和定理名称都被纳入其中，查找起来如同使用专业数据库一般高效。更值得称赞的是，每一章的开头都附带了一个简短的“本章核心知识点速览”，这对我快速回忆和定位特定算法或公式的适用范围，提供了极大的便利。试想，在期末复习的紧要关头，能够迅速从厚厚的书中精准定位到某一个关键例题的解法思路，这种时间上的节省是无可替代的。可以说，这本书的设计充分考虑了“工具性”的需求，而非仅仅停留在“教学”层面。

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从教学法的角度来看，这本书的题目选择和难度梯度设置，显示出编者深厚的教学经验和对考试趋势的精准把握。题目类型非常全面，覆盖了理论证明、计算应用、模型建立等多个维度，确保了对知识点掌握程度的全面检验。我注意到，对于一些易错点和高频考点，书中不仅提供了标准答案，还配有“解题要点分析”或者“常见错误警示”，这种前瞻性的指导，远比单纯的答案解析要宝贵得多。它教会我们如何“思考”一个问题，而不是仅仅知道“答案”是什么。特别是那些涉及实际应用背景的综合题，其设计精妙，能有效培养我们运用数学语言描述和解决实际问题的能力，这对于未来在科研或工程领域的应用打下了坚实的基础。

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