现代控制理论基础

现代控制理论基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:中国电力出版社
作者:宋丽蓉
出品人:
页数:170
译者:
出版时间:2006-2
价格:17.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787508340678
丛书系列:
图书标签:
  • 课本
  • 控制理论
  • 现代控制
  • 自动控制
  • 系统分析
  • 数学模型
  • 线性系统
  • 状态空间
  • 最优控制
  • 鲁棒控制
  • 控制系统设计
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具体描述

本书为普通高等教育“十五”规划教材。

本书是针对应用型本科及各类成人高等教育而编写的。为了简单明了的表述现代控制理论的基本概念,本书仅以线性定常系统作为讨论对象,对现代控制理论的核心基础——状态空间的基本概念和分析方法作了简要的介绍。全书共分为五章,包括线性控制系统的状态空间描述、线性控制系统的状态空间分析、线性控制系统的能控性和能观测性、线性控制系统的稳定性分析以及状态反馈和状态观测器。

本书可作为自动化类各专业的教学用书,亦可作为其他相近专业的读者和工程技术人员的学习与参考用书。

现代控制理论基础:系统优化与智能决策的基石 本书深入浅出地剖析了现代控制理论的核心概念与前沿发展,旨在为读者构建一个全面而扎实的理论体系。它不仅仅是一本关于“如何控制”的指南,更是理解和设计复杂动态系统,实现高效优化与智能决策的必备工具。 系统建模与分析:洞察动态行为的钥匙 本书的首要重点在于系统建模。我们将从经典的时域和频域方法入手,引导读者掌握如何将现实世界的物理系统、工程过程乃至经济社会现象转化为数学模型。这包括状态空间表示法,它以更直观的方式揭示系统的内部动态,以及传递函数,它清晰地展现了输入与输出之间的频率响应关系。通过对线性、时不变(LTI)系统的深入分析,读者将学习如何运用传递函数、伯德图、奈奎斯特图等工具来理解系统的稳定性、瞬态响应和稳态误差。此外,本书还将触及非线性系统的建模挑战,为后续的复杂系统控制奠定基础。 稳定性与可控性/可观性:保障系统运行的根本 稳定性是任何控制系统正常运行的生命线。本书将详细阐述李雅普诺夫稳定性理论,从直接法和间接法两个角度,深入解析连续时间和离散时间系统在不同扰动下的稳定性判据。在此基础上,我们将引入可控性和可观性这两个关键概念。可控性关乎系统状态是否能被输入完全操纵,而可观性则决定了能否通过测量输出来准确估计系统内部状态。理解并分析这两个属性,是设计有效控制器和状态估计算法的前提。本书将通过丰富的实例,展示如何运用格拉姆矩阵等工具来判定系统的可控性和可观性。 反馈控制设计:实现期望性能的艺术 反馈控制是现代控制的核心。本书将系统性地介绍各类经典的反馈控制策略,并深入探讨它们的理论依据与工程实现。PID(比例-积分-微分)控制器作为最广泛应用的控制算法,我们将深入解析其各环节的作用机制、整定方法以及在实际应用中的优缺点。在此基础上,我们将探索更先进的控制方法,例如: 状态反馈控制: 通过利用系统的所有状态变量进行反馈,实现对系统极点(从而实现稳定性、响应速度、超调量等)的任意配置,达到理想的控制性能。我们将详细介绍极点配置的原理和计算方法。 观测器设计: 当系统的所有状态变量无法直接测量时,观测器就显得尤为重要。本书将介绍各类观测器,如Luenberger观测器,它们能够根据系统的输入和输出估计出内部状态,从而为状态反馈提供必需的信息。 最优控制: 在满足特定约束条件的前提下,寻求最优的控制输入以最小化某个性能指标(如燃料消耗、时间、能量等)。本书将重点介绍线性二次型调节器(LQR)的设计,它在工程领域有着广泛的应用。 鲁棒控制: 面对系统参数不确定性、外部扰动以及模型误差,鲁棒控制旨在设计出能够在各种不利条件下仍能保持稳定和良好性能的控制器。本书将引入H-无穷控制等概念,探讨如何设计对模型不确定性不敏感的控制器。 自适应控制: 当系统参数随时间变化时,自适应控制能够实时调整控制器参数,以适应系统动态的变化,保持控制性能。 现代控制理论的前沿与拓展 在打下坚实基础之后,本书还将适时地介绍现代控制理论的几个重要前沿方向: 数字控制: 随着计算机技术的发展,数字控制器已成为主流。本书将介绍采样系统理论、离散化方法,以及数字PID控制器的设计与实现。 非线性控制: 现实世界中许多系统是非线性的,本书将介绍如反馈线性化、滑模控制、模糊控制等处理非线性系统的方法,揭示其强大的控制能力。 智能控制: 融合人工智能技术,如神经网络、专家系统和模糊逻辑,实现更高级的控制策略,让系统具备学习、推理和自适应能力。 实践与应用:理论指导实践 本书的宗旨是将抽象的理论转化为可操作的工程实践。书中穿插了大量典型工程实例,涵盖了从航空航天、机器人、电力系统到过程控制等多个领域,帮助读者理解理论知识在实际问题中的应用。通过分析这些案例,读者将能够更好地将所学知识应用于解决实际的控制工程问题,提升系统性能,实现自动化和智能化。 总结 《现代控制理论基础》是一本为工程师、研究人员以及对控制工程感兴趣的学子量身打造的著作。它不仅传授控制理论的严谨逻辑和精妙算法,更引导读者掌握系统分析、设计和优化的全局观。通过本书的学习,您将能够深入理解动态系统的本质,掌握设计高效、稳定、智能控制系统的关键技术,成为未来科技发展中不可或缺的创新力量。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我对这本书的整体评价是:**结构精巧,脉络清晰,逻辑严谨,启发性强**。从目录的设计来看,作者就展现出了深厚的功底。他将庞杂的现代控制理论知识,按照一个循序渐进的逻辑顺序进行了梳理。初学者可以从基础的概念入手,逐步理解系统的建模、分析和设计。而对于有一定基础的读者,也能从中找到深入研究的切入点。我尤其喜欢作者在章节之间设置的“过渡段落”。它们就像是连接各个章节的桥梁,巧妙地将前一章节的知识点与下一章节的内容联系起来,使得整个知识体系更加连贯和统一。这让我感觉自己在阅读一本“活”的书,而不是在拼凑零散的知识点。而且,作者在行文中,始终保持着一种严谨的态度。他对每一个术语的定义都非常精确,对每一个公式的推导都进行了详细的阐述。我发现,即使是那些比较晦涩的概念,在他的笔下也变得容易理解。他似乎有一种化繁为简的能力,能够抓住问题的本质,并用最清晰的方式表达出来。

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坦白说,我一开始对这本书的期望值并不高,因为市面上关于控制理论的书籍实在太多了,很多都只是在重复讲解相同的知识点,而且语言风格也大多相似。《现代控制理论基础》却给了我耳目一新的感觉。作者的写作风格非常独特,他擅长运用一种“引导式”的教学方法。在讲解一个新概念之前,他会先抛出一个引发读者思考的问题,或者描述一个典型的工程难题,让读者在带着问题去学习。这种方式极大地激发了我的主动性,让我渴望去寻找答案,去理解这些理论背后的逻辑。例如,在介绍李雅普诺夫稳定性分析时,他并没有直接给出定义和定理,而是先描述了一个“系统在受到微小扰动后能否恢复到平衡状态”的问题,然后层层深入,最终引入了李雅普诺夫函数的概念。这种循序渐进的讲解方式,让我在不知不觉中就掌握了核心内容。书中的数学推导也并非冷冰冰的符号运算,作者常常会穿插一些对数学工具的“非数学化”解释,用通俗易懂的语言来描述其物理意义。这对于我这种数学功底不算特别扎实但又对控制理论充满兴趣的读者来说,简直是太友好了。

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我一直认为,一本好的技术书籍,不仅仅在于它内容的深度,更在于它能否激发读者的求知欲和探索精神。在这方面,《现代控制理论基础》做得非常出色。作者在介绍完每一个基本概念后,都会在适当的时候抛出一个“思考题”或者“延伸阅读”的建议,这让我感觉自己不再是被动地接受信息,而是主动地参与到学习过程中。这些思考题往往没有直接的答案,需要我结合书本知识进行一番推敲,甚至查阅一些相关的文献资料。这种学习方式虽然耗时,但效果却非常显著。我发现,当我花时间去独立思考这些问题时,那些原本可能模糊的概念就会变得清晰起来,而且我能够更深入地理解这些概念背后的物理意义和工程含义。书中的参考文献列表也相当详实,很多经典的研究论文和专著都被一一列出,这为我进一步深入研究提供了宝贵的资源。我最近就根据作者的推荐,查阅了几篇关于自适应控制的早期论文,感觉收获颇丰。另外,我非常赞赏作者在书中提出的“理论联系实际”的理念。在讲解某些理论模型的时候,他会不止一次地强调这些模型在实际工程中的应用局限性,以及如何根据实际情况对其进行改进。这种实事求是的态度,让我对控制理论有了更客观的认识,避免了陷入对理想化模型的过度迷信。

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我必须承认,在翻阅《现代控制理论基础》之前,我对“鲁棒控制”这个概念的理解是非常模糊的。我只知道它与系统的“抗干扰能力”有关,但具体是如何实现的,以及它的理论基础是什么,我一直没有一个清晰的认识。然而,通过阅读本书的几个相关章节,我感觉自己豁然开朗。作者用非常清晰的逻辑,从“不确定性”的来源开始,逐步引入了“鲁棒稳定性”的概念,并详细讲解了H-无穷控制、LMI(线性矩阵不等式)等先进的鲁棒控制设计方法。书中的数学推导虽然有一定的复杂度,但作者在关键步骤都做了详细的注释,并且配以相应的图表进行可视化解释,让我能够更好地理解这些抽象的数学表达。我尤其欣赏作者在介绍H-无穷控制时,没有直接给出复杂的优化问题,而是先从“放大不确定性”的角度来解释其设计思路,这让我更容易理解其背后的哲学。在章节的最后,作者还引用了一些实际工程案例,说明了鲁棒控制在航空航天、电力系统等领域的应用,这让我更加深刻地认识到其重要性和实用性。

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这本书给我的最大感受就是“严谨而不失温度”。学术的严谨性毋庸置疑,作者在推导每一个公式、论证每一个定理时,都力求做到逻辑清晰、推理严密。我翻阅了其中关于状态空间方法的章节,发现作者对于矩阵运算、特征值分解等数学工具的运用,都讲解得非常到位,而且在推导过程中,还会反复强调这些数学工具的物理含义,让我在掌握计算技巧的同时,也能理解其背后的原理。然而,这种严谨性并没有让这本书变得枯燥乏味。相反,作者巧妙地运用了大量的类比和形象的比喻,将一些抽象的数学概念具象化。例如,在解释“能控性”和“能观性”时,作者打了一个非常生动的比方,让我一下子就明白了这两个概念在实际系统设计中的重要性。我常常在阅读的时候,会在脑海中勾勒出作者所描述的物理场景,这极大地提升了我的学习效率。此外,书中的图表也起到了至关重要的作用。那些精心绘制的Bode图、Nyquist图、根轨迹图,不仅仅是公式的图形化展示,更是帮助我理解系统动态特性的关键工具。我甚至觉得,通过对这些图表的分析,我能够预测系统在不同输入下的响应行为。

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对于我这种长期在工业界一线摸爬滚打的人来说,一本真正实用的控制理论书籍,必须能够帮助我解决实际工程中的问题。而《现代控制理论基础》在这方面,给我带来了极大的惊喜。作者在介绍完理论知识后,往往会紧接着给出一些“工程实践建议”或者“注意事项”。例如,在讨论PID控制器参数整定时,他会详细分析不同整定方法在实际应用中可能遇到的困难,以及如何根据被控对象的特性来选择合适的整定策略。他甚至会提供一些经验性的建议,比如“当被控对象存在明显延迟时,可以尝试使用XX方法来加速收敛”等等。这些建议,远比单纯的理论推导要来得宝贵,因为它们凝聚了作者丰富的工程经验。我之前在调试一个温控系统时就遇到了瓶颈,按照书中的建议调整了PID参数后,系统的响应速度和稳定性都得到了显著提升,让我不得不佩服作者的真知灼见。而且,书中对一些经典控制算法的分析,也都非常深入。例如,在讲解滑模控制时,作者不仅阐述了其理论基础,还详细分析了其在抑制外部扰动方面的优势,并给出了具体的实现步骤。我感觉,这本书就像一本“秘籍”,它不仅教会了我“是什么”,更教会了我“怎么做”。

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这本书最让我印象深刻的是它**“讲透”的能力**。很多技术书籍,尤其是关于理论性学科的书籍,往往会点到为止,很多关键的细节处理得不够到位,留给读者很多疑问。《现代控制理论基础》则不同,它力求将每一个知识点都“讲透”。例如,在讲解“可观测性”这个概念时,作者不仅给出了数学上的定义,还从物理意义上解释了为什么一个系统需要具备可观测性,以及在实际工程中,如果一个系统不可观测可能会带来哪些后果。他甚至会分析不同类型的传感器配置对系统可观测性的影响。这种“刨根旁底”式的讲解方式,让我感觉自己不再是浅尝辄止,而是真正地将知识内化。而且,书中对一些争议性或者存在多种解释的概念,作者也会给出自己的观点,并结合相关的研究成果进行论证,这让我感受到了学术的严谨性和开放性。我甚至觉得,这本书不仅仅是一本学习教材,更是一本“参考书”,在我遇到工程问题需要深入理解理论时,翻开它总能获得启发。

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这本书的装帧设计相当考究,封面选用的是一种沉静的深蓝色,搭配烫银的字体,在书架上散发出一种低调而又稳重的气息。拿到手里,就能感受到纸张的厚实和柔韧,印刷清晰,排版布局合理,即使是深夜阅读,也不会觉得眼睛疲劳。目录页的设置也非常人性化,按照章节内容划分得井井有条,每一个小标题都能够准确地反映该章节的核心主题,让人一目了然。我尤其欣赏作者在章节开头设置的“学习目标”和章节末尾的“小结”部分。学习目标清晰地指出了读者在阅读完该章节后应该掌握的知识点和能力,这让我能够更有针对性地去学习,避免了大海捞针式的茫然。而小结部分则将本章的重点内容进行了提炼和梳理,帮助我巩固所学,快速回顾关键概念,对于我这种需要反复咀嚼才能真正理解知识点的人来说,简直是福音。此外,书中的插图和图表运用也十分恰当,那些复杂的系统框图和信号流图,经过精心的绘制,变得生动直观,极大地降低了理解门槛。我甚至觉得,单凭这些图表,就足以帮助我建立起对某些概念的初步认识。而且,作者似乎有意地在内容中穿插了一些实际工程应用的案例,虽然篇幅不长,但却能让我感受到理论知识的价值所在,激发了我深入探索的兴趣。我发现,在阅读的过程中,我时常会不自觉地将书中的内容与我过去接触过的某些技术问题进行联系,这本身就是一种极好的学习方式,也说明了作者在内容编排上,是经过深思熟虑的。

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这本书的另一个亮点在于其内容的“体系化”和“前瞻性”。作者在编写本书时,似乎有着非常清晰的全局观,他不仅仅是零散地介绍各个控制理论分支,而是将它们有机地串联起来,形成了一个完整的知识体系。例如,在介绍完经典控制理论后,作者并没有停下脚步,而是自然地过渡到了现代控制理论,详细阐述了状态空间方法的优势,以及它如何能够解决经典控制难以处理的问题。更难能可贵的是,这本书的内容并非仅仅停留在“过去式”,它还包含了对一些前沿控制技术的介绍。虽然篇幅不多,但作者对模型预测控制(MPC)、模糊控制、神经网络控制等方法的简要介绍,让我看到了控制理论未来发展的方向。这对于我这种希望跟上技术发展步伐的从业者来说,无疑是一份宝贵的“指南”。我甚至觉得,这本书不仅仅是学习“基础”,更是一种“启蒙”,它让我看到了控制理论更广阔的天地,激发了我对这些前沿技术进行深入研究的兴趣。

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说实话,拿到这本《现代控制理论基础》的时候,我内心是有点忐忑的。我对控制理论的了解一直停留在比较浅显的层面,总觉得它是一门非常抽象和数学化的学科。然而,从我开始翻阅这本书的第一章起,这种顾虑就逐渐消散了。作者的语言风格非常接地气,并没有一开始就抛出大量复杂的数学公式,而是从一些生活中常见的例子入手,比如自动驾驶汽车的转向系统,或者工业生产线上机器人的手臂控制,这些生动的场景一下子就拉近了我和理论的距离。他用非常清晰的逻辑,层层递进地解释了控制系统是如何工作的,其中的核心概念,如稳定性、鲁棒性、最优性等等,都被阐述得通俗易懂。我尤其喜欢作者在解释一些关键定理的时候,会穿插一些历史发展的小故事,比如介绍奈奎斯特稳定性判据的时候,提到了它在航空工业中的重要作用,这让枯燥的理论变得鲜活起来,也让我对这些伟大的科学家和他们的贡献有了更深的敬意。书中的习题设计也非常有梯度,从最基础的概念巩固到复杂的系统分析,基本上涵盖了该章节的所有重点。我尝试做了几道,发现它们都能有效地检验我对知识的掌握程度,而且很多习题都设计得非常巧妙,能促使我去思考不同的解题思路。有时遇到难题,我会仔细阅读后面的解析,常常能从中获得启发,发现自己之前考虑不周的地方。这本书更像是一位循循善诱的老师,耐心地引导我一步步走进控制理论的殿堂,而不是一味地灌输冰冷的知识。

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周三就考试了,擦

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