L2-Gain and Passivity Techniques in Nonlinear Control pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:van der Schaft, Arjan; Schaft, A. J. Van Der; Schaft, Arjan Van Der

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页数:260

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isbn号码:9781852330736

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• 非线性
• nonlinear
• 非线性控制
• L2-Gain控制
• 被动控制
• 鲁棒控制
• 控制理论
• 系统控制
• 稳定性分析
• Lyapunov方法
• 优化控制
• 自适应控制

《非线性系统分析与设计》 本书深入探讨了现代非线性控制理论的核心问题，为读者提供了理解和设计复杂非线性系统的有力工具。全书围绕非线性系统的稳定性、可控性、可观性以及鲁棒性设计展开，力求在理论深度与实际应用之间取得平衡。 第一部分：非线性系统基础理论 本部分首先回顾了线性控制系统的基本概念，并在此基础上引入非线性控制理论的关键要素。我们将详细介绍非线性系统的数学建模方法，包括常微分方程、偏微分方程以及描述函数法等，重点阐述如何精确地刻画非线性动力学特性。 接着，我们将深入分析非线性系统的平衡点概念，包括其存在性、唯一性以及稳定性判断。Lyapunov稳定性理论是本章的重中之重，我们将系统地介绍直接法和间接法，并通过大量实例演示如何构造Lyapunov函数来证明系统的稳定性。此外，还将讨论渐近稳定性、指数稳定性以及全局渐近稳定性等不同层次的稳定性概念。 第二部分：分析非线性系统的关键技术 本部分将聚焦于几种强大的分析非线性系统的工具。 相平面分析：针对二阶系统，我们将介绍相平面法的原理和应用，通过绘制相轨迹来直观地理解系统的动态行为，并分析系统的极限环、奇点等重要特性。 李雅普诺夫稳定性理论的扩展：在第一部分的基础上，我们将进一步探讨李雅普诺夫稳定性理论的各种扩展，如半全局稳定性、有限时间稳定性以及事件触发稳定性等，这些概念在实际控制系统中具有重要的理论和应用价值。 鲁棒性分析：我们将深入研究在模型不确定性或外部扰动存在的情况下，非线性系统的稳定性如何得到保证。本章将引入各种鲁棒性分析方法，如$mathcal{H}_infty$范数、$mathcal{L}_2$-增益等，并探讨如何设计鲁棒控制器以应对不确定性。 滑模控制：作为一种有效的处理不确定性和扰动的控制策略，滑模控制将是本章的重点。我们将详细介绍滑模控制的设计原理、滑模面的选择、切换律的设计以及可能出现的抖振现象及其克服方法。 第三部分：非线性控制器的设计方法 本部分将重点介绍几种常用的非线性控制器设计方法，旨在为读者提供实际的控制系统设计思路。 反馈线性化：本章将深入探讨状态反馈线性化和输入-输出线性化技术。我们将阐述如何通过坐标变换和反馈来消除系统的非线性，将其转化为等价的线性系统，从而利用成熟的线性控制理论进行设计。 增益调度：针对参数随工作点变化的非线性系统，我们将介绍增益调度控制器的设计思想。通过根据系统的当前工作点自动调整控制器参数，实现系统在不同工作区域内的良好控制性能。 模型预测控制（MPC）：作为一种强大的预测性控制方法，MPC在处理约束和复杂非线性系统方面表现出色。本章将详细介绍MPC的基本原理，包括预测模型、滚动优化以及控制律的生成，并探讨其在非线性系统中的应用。 自适应控制：对于模型参数未知或时变的非线性系统，自适应控制提供了一种动态调整控制器参数以跟踪期望性能的方法。我们将介绍不同类型的自适应控制策略，如基于Lyapunov的自适应控制、基于模型参考的自适应控制等。 第四部分：高级非线性控制主题 本部分将对一些更高级的非线性控制理论和技术进行介绍。 零动态与稳定性：我们将深入分析反馈线性化过程中产生的零动态。通过理解和控制零动态的稳定性，可以保证整个闭环系统的稳定性。 非线性系统中的能量分析：除了Lyapunov函数，本章还将介绍能量函数法等分析非线性系统稳定性的其他方法，并探讨如何利用能量的视角来理解和设计控制器。 多变量非线性系统：我们将探讨如何将前面介绍的各种技术推广到多输入多输出（MIMO）非线性系统。这包括多变量反馈线性化、多变量鲁棒控制等。 第五部分：应用与案例研究 本书的最后部分将通过一系列实际应用案例，展示非线性控制理论的强大威力。我们将选取航空航天、机器人、电力系统、化学过程等领域的典型非线性系统，详细介绍如何运用本书所学的理论和方法进行建模、分析和控制系统设计。这些案例将有助于读者将理论知识转化为解决实际工程问题的能力。 本书特色： 理论严谨且易于理解：本书在保证理论严谨性的同时，力求语言通俗易懂，并辅以大量的图示和实例，帮助读者深入理解抽象的数学概念。 内容全面且结构清晰：本书覆盖了非线性控制理论的多个核心分支，并按照从基础到进阶的逻辑顺序组织内容，确保读者能够系统地掌握相关知识。 注重实际应用：本书的最后部分通过丰富的案例研究，强调了理论知识在解决实际工程问题中的重要作用，培养读者的工程实践能力。 适合广泛读者群体：本书适合自动化、电气工程、机械工程、航空航天工程、数学等相关专业的高年级本科生、研究生以及从事非线性系统研究和开发的工程师。 通过学习本书，读者将能够深刻理解非线性系统的复杂性，并掌握分析和设计各种非线性控制系统的基本原理和关键技术，为他们在复杂系统控制领域的研究和实践打下坚实的基础。

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这本书的出版时间似乎已经不短了，这使得它在某些前沿控制技术（比如基于数据驱动的先进学习算法应用）的介绍上显得相对保守和传统。尽管书中对经典鲁棒控制和输入输出线性化的深度剖析无可挑剔，但在面对当前控制工程领域爆炸性增长的机器学习与深度强化学习的融合趋势时，其视角显得略微滞后。它似乎更专注于确保在“已知模型”和“严格数学假设”下的系统行为得到完美控制。对于那些对前沿交叉领域充满热情的读者，可能会发现书中的很多高级章节虽然严谨，但缺乏对最新研究热点的探讨和引导。换言之，这本书是一座坚实的“控制论基石”，它让你对传统和经典非线性控制的理解达到教科书级别的完美，但如果你期望它能成为一个指向未来控制技术发展方向的“灯塔”，那么你可能需要在阅读这本书的同时，去寻找其他更具时代前沿性的补充材料。它的优点在于奠定永恒的理论基础，缺点则在于其对时间敏感性的“免疫力”，使之在技术迭代飞快的当下，略微显得有些“经典”过头了。

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这本书在案例分析方面的处理方式，与市面上大多数强调仿真和实际部署的控制书籍大相径庭。它几乎完全避开了具体的工程案例，无论是机械臂的轨迹跟踪，还是复杂的化学反应器控制，这些大家耳熟能详的应用场景在书中几乎绝迹。取而代之的，是大量基于抽象的、数学形式化的问题设定，例如在特定拓扑结构下的共振系统分析，或是基于哈密顿力学的保守系统建模。这种做法的优点在于，它迫使我们跳脱出具体物理实现的局限，专注于控制原理本身的普适性。通过这些高度抽象的例子，作者成功地揭示了不同物理系统背后可能存在的共性数学结构。然而，对于我这样的实践派来说，这种“纯粹的抽象”有时让人感到枯燥乏味，甚至会产生一种“学无所用”的挫败感。我渴望看到理论如何优雅地“落地”，但这本书似乎只停留在构建宏伟蓝图的阶段，而将“施工”的任务留给了读者自己去完成。因此，如果你期待看到具体的MATLAB代码或LabVIEW截图，这本书会让你大失所望；它的价值在于提供了一套可以在任何地方被“重新实现”的理论骨架。

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语言风格上，作者的文字表达极其简洁，几乎没有多余的修饰词或引导性语言，这种风格对于习惯了学术论文的读者来说是高效的，但对于需要“对话式”讲解的初学者来说，无疑是一道高高的门槛。每一个句子都似乎承载着极大的信息密度，每一个符号的出现都似乎具有不可替代的逻辑地位。例如，在讨论超稳定（suprastability）概念时，作者用了一段话就概括了之前数十年研究的核心矛盾，这种压缩信息的艺术令人叹服，但也意味着读者必须逐字逐句地去推敲每一个动词和介词的精确含义。我发现自己经常需要放慢阅读速度，并辅以纸笔进行重构，才能完全消化其中蕴含的意义。这种阅读过程更像是在破译一种高度优化的密码，而不是在听取一位导师的娓娓道来。这本书的作者显然相信读者的主动学习能力和自我解决问题的能力，他们提供的不是答案，而是通往答案的精确路径图——前提是你已经知道如何识别地图上的所有标记。

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阅读体验上，这本书的结构组织方式非常独特，它似乎更倾向于一种“知识点集成”而非传统的“线性叙事”。作者采用了大量的交叉引用和模块化的章节设计，这使得读者可以根据自己的兴趣点灵活跳转，深入挖掘特定的技术点。例如，如果你对特定类型的时滞系统感兴趣，可以直接跳到相关章节进行研究，而不必完全按照既定的顺序阅读。但这种高度自由化的结构也带来了一定的连贯性挑战。在某些关键概念的引入上，如果读者没有事先掌握前一个模块中的隐含假设，那么后续的推导过程就会显得突兀和缺乏上下文支撑。我发现自己不得不频繁地在不同章节之间来回翻阅，以确保对某些核心定义（比如特定的能量函数构造方法）的理解没有偏差。这要求读者必须保持高度的专注力和对细节的捕捉能力。总而言之，这本书更像是一部精美的百科全书，内容详尽、覆盖面广，但需要读者自己去绘制知识地图，否则很容易在信息的海洋中迷失方向。对于那些习惯于一步步被引导的读者，这可能需要付出额外的努力来建立起知识体系的整体框架。

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这本书的理论深度简直令人咋舌，尤其是对那些希望深入理解现代控制理论核心概念的读者来说，它提供了一个极其坚实的数学基础。书中对李雅普诺夫稳定性分析的阐述，远超出了本科或普通研究生课程的范畴，它似乎假设读者已经对微分几何和高等线性代数有着相当的把握。我尤其欣赏作者在构建控制系统设计框架时所展现出的严谨性，每一步推导都力求滴水不漏，使得最终得到的结论具有无可辩驳的数学严密性。然而，这种深度也带来了不小的阅读门槛。对于那些初次接触非线性控制领域，或者主要关注应用层面的工程师而言，开篇的那些关于欧几里得空间和李群的铺垫可能会显得冗长和晦涩。我感觉，这本书更像是一本为准备进入尖端研究领域的博士生准备的教科书，而不是一本可以快速上手解决实际问题的工具书。如果你想挑战自己的数学极限，并构建起对“稳定”这一概念的全新认识，那么它绝对是不可多得的财富；但如果你只是想找个现成的PID调优手册，恐怕你会迷失在这片纯粹的理论海洋中，难以找到上岸的浮木。这本书的价值在于其基础性，而非其实用性，这一点在购买前务必明确。

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