现代鲁棒控制基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:哈尔滨工业大学出版社

作者:姜长生

出品人:

页数:446

译者:

出版时间:2005-9

价格:39.80元

装帧:简裝本

isbn号码:9787560321233

丛书系列:

图书标签:

• 控制
• 鲁棒控制
• 现代控制
• 控制理论
• 自适应控制
• 优化控制
• 系统辨识
• 不确定性
• 干扰抑制
• H∞控制
• 滑模控制

现代鲁棒控制基础：理论、方法与工程应用 图书定位与目标读者 本书旨在为读者提供一个全面、深入且注重实际应用的现代鲁棒控制理论框架。它面向从事控制系统设计、分析与研究的高年级本科生、研究生，以及在航空航天、机器人、电力电子、过程控制等领域工作的工程师和科研人员。本书的编写哲学是平衡理论的严谨性与工程实践的有效性，确保读者不仅理解鲁棒控制背后的数学原理，更能掌握将其应用于复杂、不确定系统中的实用技术。 内容结构与核心章节概述 本书内容组织遵循递进式的学习路径，从基础的系统建模与不确定性描述开始，逐步深入到先进的鲁棒控制器设计方法。全书共分为六大部分，三十个章节。 第一部分：基础回顾与不确定性建模 本部分是全书的基石。首先，我们将简要回顾经典控制理论中的频域分析、状态空间表示以及李雅普诺夫稳定性理论，为后续的鲁棒性分析做准备。核心工作在于系统地引入“不确定性”的概念，这是鲁棒控制区别于传统控制的关键所在。 奇异摄动与模型不确定性： 详细阐述结构化不确定性（如参数摄动、未建模动态）和非结构化不确定性（如输入/输出增益、乘性/加性误差）的数学刻画方法，特别是针对LTI（线性时不变）系统。 鲁棒性度量： 定义了增益裕度和相位裕度，并引入了更精细的 $mathcal{H}_2$ 和 $mathcal{H}_{infty}$ 范数作为量化系统性能与鲁棒性水平的工具。我们将探讨范数在描述高频动态特性和抑制外部扰动方面的优势。 第二部分：线性矩阵不等式（LMI）与凸优化基础 现代鲁棒控制设计严重依赖于LMI技术，因为它将复杂的非凸优化问题转化为可解的凸优化问题。 LMI基础： 介绍线性矩阵不等式的形式、性质及其在控制理论中的应用背景。 稳定性分析的LMI表述： 阐述如何利用Lyapunov函数的二次型表示，将李雅普诺夫稳定性判据转化为LMI形式，这为后续的控制器综合奠定了基础。 凸优化求解器介绍： 简要介绍SeDuMi、SDPT3等数值求解工具的使用范式，强调理论到实践的桥接。 第三部分：经典的 $mathcal{H}_{infty}$ 控制理论 $mathcal{H}_{infty}$ 控制是鲁棒控制理论的经典代表，本书将用大量的篇幅讲解其设计流程和理论深度。 性能与鲁棒性的统一： 阐述如何通过加权函数将性能要求（如稳态误差、带宽）和鲁棒性要求（如抗扰动）统一到一个 $mathcal{H}_{infty}$ 范数最小化问题中。 Bode设计与三角不等式： 从频域视角剖析 $mathcal{H}_{infty}$ 问题的物理意义，特别是其与三角不等式在保证闭环系统范数约束下的关系。 状态反馈与输出反馈 $mathcal{H}_{infty}$ 控制器综合： 详细推导基于Ricatti方程的求解方法。对于输出反馈问题，我们将重点介绍基于LMI的求解路径，包括Full-Order和Reduced-Order控制器的设计。 第四部分：不确定系统的控制设计—— $K$-稳定化与 $mu$ 分析 当系统的不确定性具有特定的结构（即存在循环结构的不确定性）时，传统的 $mathcal{H}_{infty}$ 方法可能过于保守。本部分引入更精细的分析工具。 Scaled Robust Stability Analysis： 介绍如何利用D-K对（D-K Scaling）方法来评估具有结构化不确定性的系统的裕度。 微扰分析（Mu-Analysis）： 深入讲解如何计算结构化奇异值 $mu$，以及 $mu$ 值如何准确地反映系统在特定不确定性集合下的鲁棒性。 $D$-$K$ 迭代综合法： 详细阐述如何通过迭代优化标度矩阵 $D$ 和控制器 $K$ 来找到最优的鲁棒控制器，以最小化 $mu$ 值。 第五部分：先进鲁棒控制方法 本部分聚焦于处理非线性系统、时变系统以及基于模型预测的鲁棒控制技术。 基于Lyapunov函数的鲁棒自适应控制： 针对参数不确定或动态模型未知的系统，介绍如何设计具有鲁棒稳定性的自适应控制器，重点讲解Backstepping方法在鲁棒设计中的应用。 LMI在LTV/LTV系统中的应用： 将LMI思想扩展到线性时变系统（LTV）和线性参数变化系统（LPV），介绍如何通过LTV或LPV模型来近似或精确处理非线性系统的鲁棒控制问题。 鲁棒模型预测控制（RMPC）： 阐述如何在模型预测控制框架内集成鲁棒性考量。这包括如何处理预测模型中的不确定性，以及在滚动时域内保证所有可能的扰动下约束的满足。 第六部分：工程应用与仿真案例 本书的最后一部分强调理论的应用性。通过多个实际的工程案例，展示鲁棒控制方法的实施步骤和效果评估。 航空器姿态控制实例： 使用$mathcal{H}_{infty}$控制设计一个高机动性飞行器的姿态控制器，重点分析其对气动参数变化的鲁棒性。 机械臂的刚度控制： 结合LMI技术，设计一个保证外部载荷变化下仍能维持高精确定位的机械臂末端力/位置控制器。 系统级仿真与验证： 提供了大量的MATLAB/Simulink仿真案例，指导读者如何利用Control System Toolbox和Robust Control Toolbox实现和验证所设计的控制器。 本书的特色与贡献 本书的独特之处在于其对LMI在鲁棒控制中的核心地位的强调，系统性地串联了从稳定性分析到控制器综合的全流程。它不仅仅停留在经典的 $mathcal{H}_{infty}$ 理论推导，更深入探讨了处理结构化不确定性的 $mu$ 分析方法，并前瞻性地介绍了鲁棒MPC等前沿技术。通过大量的数学推导和工程案例的有机结合，本书致力于培养读者解决实际复杂工程问题的能力，而非仅仅停留在理论模型的层面。本书确保所有数学推导的严谨性与逻辑的清晰性，力求做到：理论自洽，方法可行，案例详实。

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从一个旁观者的角度来看，这本书的理论深度似乎远超市面上许多入门级读物，它并非仅仅停留在概念的简单介绍上，而是深入到了证明过程和背后的数学动机。这对于那些希望从根本上理解控制系统行为的读者来说，无疑是一个巨大的吸引力。我注意到书中对某些关键假设的讨论非常审慎，没有草率地跳过那些可能在实际应用中导致灾难性后果的边界条件。这种对“鲁棒性”概念的哲学性探讨，贯穿于内容始终，使人不仅仅是在学习一套方法论，更是在培养一种严谨的工程思维。它似乎在告诉读者，真正的控制设计，在于理解系统的局限性，而不是盲目追求完美的性能指标，这一点是极其宝贵的。

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这本书的装帧质量是毋庸置疑的，纸张的厚度和触感都属于上乘，即便是长时间的翻阅和做笔记，也不会有廉价书籍那种快速磨损的感觉。这种高品质的制作，无疑也提升了阅读的愉悦感。更让我欣赏的是，书本的装订非常牢固，即便是大力展开阅读那些需要横向展开的大图表，也不用担心书页脱落。对于我们这些需要反复查阅特定章节的读者来说，耐用性是衡量一本好书的重要标准之一。此外，索引和术语表的编排也十分细致，查找特定关键词或概念时能做到快速定位，这种对细节的关注度，往往是衡量一本专业著作是否“靠谱”的重要标志，它显示了作者和编辑团队对读者体验的尊重。

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拿到这本书后，我立刻被它清晰的章节划分和内容层次感所吸引。每一章似乎都建立在前一章坚实的基础上，形成了一个层层递进的学习路径。不同于一些教材那种知识点堆砌的杂乱感，这本书的逻辑流非常顺畅，即使是初次接触该领域的人，也能循着作者的思路逐步深入。我特别欣赏作者在引言部分对该学科历史背景和当前挑战的概述，这为接下来的技术性内容提供了一个宏观的视角和学习动机。它不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，耐心地引导学习者认识整个领域的全貌，然后才聚焦于核心技术，这种教学设计上的匠心独运，是这本书脱颖而出的重要原因。

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我最近在寻找一本能够系统梳理非线性系统分析工具的参考书，这本书的摘要和目录给我留下了深刻的印象，它似乎涵盖了从经典到前沿的多种分析方法，这正是我当前研究领域急需补充的知识结构。特别是对某些高级迭代算法的提及，让我对它能提供的深度充满期待。我喜欢那些能把复杂概念用清晰的逻辑链条串联起来的教材，这本书看起来正是如此。很多同类书籍要么过于侧重理论的纯粹性，忽略了实际应用中的细节处理，要么就是为了迎合工程实践而牺牲了必要的数学严谨性。这本书的平衡点似乎拿捏得恰到好处，从基础原理的扎实建立到复杂工程问题的建模，脉络清晰，结构合理，预示着它将是一本极具参考价值的工具书，能有效提升我的问题解决能力。

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这本书的封面设计得很有现代感，配色沉稳大气，字体选择也十分考究，给人一种严谨而专业的印象。尽管我还没完全深入研读其内容，但仅凭外观，就能感受到作者在编排和呈现上的用心。尤其是在排版细节上，无论是页边距的留白，还是图表的清晰度，都体现了专业出版社应有的水准。对于一本偏理论性的工程书籍来说，良好的视觉体验是吸引读者迈入学习过程的第一步，而这本教材在这方面做得非常到位，让人爱不释手，愿意花时间去钻研那些可能晦涩的数学公式和理论推导。翻阅过程中，我注意到插图和公式的编号系统非常规范，这对于查找和引用特定内容极为方便，体现了作者在组织知识结构上的深思熟虑。

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