系统仿真技术及其应用（第9卷） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国科技大

作者:陈宗海

出品人:

页数:997

译者:

出版时间:2007-8

价格:320.00元

装帧:

isbn号码:9787312021794

丛书系列:

图书标签:

• 系统仿真
• 仿真技术
• 应用
• 建模
• 仿真软件
• 数值计算
• 计算机仿真
• 工程仿真
• 科学计算
• 仿真建模

现代控制理论与工程实践 图书简介 本书聚焦于现代控制理论的深刻原理及其在复杂工程系统中的实际应用，旨在为读者提供一个全面、深入且高度实用的知识框架。内容涵盖了从经典控制理论的深化到现代控制理论的前沿进展，特别强调了在不确定性、非线性和高维系统下的鲁棒性与最优控制设计。 第一部分：控制理论基础的再审视与深化 本部分首先回顾了线性时不变（LTI）系统的状态空间描述，并在此基础上引入了多变量系统的分解与结构分析。详细探讨了能控性、能观测性在多输入多输出（MIMO）系统中的严格判据，并介绍了诸如约旦标准形和卡农型等高级矩阵分解技术在系统分析中的应用。 随后，本书深入剖析了经典控制理论在现代框架下的重构。重点阐述了李雅普诺夫稳定性理论的严格证明方法及其在非线性系统中的初步应用。频率响应分析（如Bode图、Nyquist图）被提升到系统鲁棒性裕度评估的高度，而非仅仅作为经典PID调优的辅助工具。此外，本书还引入了奇异摄动法（Singular Perturbation Theory），用于分析具有快慢动态特性的多时间尺度系统，这对于电力电子和航空航天领域的分层控制设计至关重要。 第二部分：现代控制设计的核心方法 本部分是本书的核心，系统地介绍了现代控制设计中的两大支柱：最优控制与状态反馈极点配置。 最优控制（Optimal Control）： 详细讲解了LQR（线性二次型调节器）设计的数学推导过程，包括代数黎卡提方程（ARE）的求解及其在连续时间与离散时间系统中的实现。随后，本书引入了变分法与庞特里亚金最大值原理（Pontryagin's Maximum Principle），用以解决具有输入约束或状态约束的性能优化问题。对于无限时域最优控制，系统阐述了无穷博弈论在最优对策中的应用，为设计抵抗外部扰动的控制律奠定了理论基础。 状态反馈与观测器设计： 针对无法完全测得所有状态变量的实际问题，本书详尽阐述了全阶和降阶状态观测器（如卡尔曼滤波器）的设计原理。特别关注了极点配置（Pole Placement）技术，包括Ackermann公式的推导和在结构化控制设计中的应用。书中引入了融合控制律（Separation Principle），证明了在特定条件下，最优估计与最优控制可以独立进行设计。 第三部分：面向不确定性的鲁棒控制 在工程实践中，模型总是不完美的，系统参数存在漂移和外部扰动。本部分专注于如何设计能应对这些不确定性的控制系统。 鲁棒性分析： 引入H-无穷范（$ ext{H}_infty$ Norm）的概念，用于量化系统对外部扰动的敏感度。详细介绍了$ ext{H}_infty$ 控制器的设计方法，包括其与丢番图方程（Riccati Equations）的关联，目标是使闭环系统的“输入-输出”范数最小化。 滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）： 针对系统非线性和参数摄动的强鲁棒性需求，本书深入探讨了SMC的设计。详细分析了滑模面的设计、等效控制的计算以及到达动态。同时，也批判性地讨论了SMC固有的“抖振（Chattering）”现象，并介绍了诸如S-SMC（Super-Twisting SMC）等高阶滑模技术来有效抑制抖振，提高实际性能。 第四部分：先进控制技术与工程实现 本部分将理论与实际工程挑战紧密结合，介绍了当前工业界广泛应用的高级控制策略。 自适应控制（Adaptive Control）： 针对系统参数随时间变化的场景，本书介绍了基于模型参考的自适应控制（MRAC）和基于参数估计的自适应控制（如基于LMS/RLS的参数辨识）。强调了在设计自适应律时必须确保闭环系统的稳定性，并讨论了参数收敛性和暂态性能的权衡。 非线性控制： 针对传统线性化方法失效的复杂非线性系统，本书重点介绍了反馈线性化（Feedback Linearization）的技术流程，包括可积性条件和零动态的稳定性分析。此外，还系统地讲解了背靠背（Backstepping）控制器的构造方法，这是一种系统性地设计非线性稳定器的强大工具，特别适用于严格反馈形式的系统。 第五部分：控制系统在特定领域的集成应用 本部分通过具体的工程案例，展示了前述理论的集成应用。案例包括： 1. 高速列车转向架的振动抑制控制： 结合模态分析和LQR设计，实现对轨道不平顺输入的有效抑制。 2. 大型柔性机械臂的精确轨迹跟踪： 运用输入-输出线性化技术处理系统的耦合效应和非线性动力学。 3. 电网频率和电压的鲁棒协调控制： 采用$ ext{H}_infty$方法确保在发电机出力波动下的系统稳定性。 本书的编写风格严谨，数学推导详尽，同时辅以大量的图示和算例，确保读者不仅理解“如何做”，更能深刻理解“为何如此”。它不仅是控制工程专业学生的必备教材，也是从事系统设计、优化与故障诊断的工程师的重要参考手册。

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这本书给我留下的最深刻印象是它对系统仿真技术在不同行业应用场景的广度介绍。它就像一本“系统仿真应用百科全书”，让我看到了这项技术是如何渗透到我们生活的方方面面，并发挥着至关重要的作用。书中详细描述了在军事领域，如何利用仿真技术进行战场态势模拟和战略战术推演；在金融领域，如何构建复杂的金融模型来预测市场走势和管理风险；在生物医学领域，如何模拟人体生理系统的运行机制，为疾病诊断和治疗提供支持。这些丰富的案例展示了系统仿真技术的强大能力，能够帮助我们更好地理解复杂系统，预测未来趋势，并做出更优的决策。我特别对书中关于“数字孪生”概念的探讨感到兴奋，它预示着系统仿真技术将迈向一个全新的高度，通过在虚拟世界中构建现实系统的精确复制品，实现实时的监测、控制和优化。虽然书中并没有深入到具体的技术实现细节，但它所展现出的宏大图景和前瞻性，足以激发我对这一领域的无限遐想和探索欲望。

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这本书最吸引我的地方，在于它对系统仿真理论与实践之间联系的精妙把握。它并没有沉溺于纯粹的理论构建，而是始终围绕着“应用”这一核心来展开。书中对各种仿真软件和工具的介绍虽然点到即止，但已经足够勾勒出当前仿真技术生态的概貌。更重要的是，它在讲述各种仿真算法和模型时，都紧密结合了具体的应用场景，例如如何利用蒙特卡洛方法模拟随机过程，又如何将其应用于风险评估；如何运用数值方法求解微分方程，又如何将其应用于物理系统的动态模拟。这种将理论知识与实际应用紧密结合的写作方式，使得原本可能晦涩难懂的技术概念变得鲜活起来。我尤其喜欢书中关于“仿真结果的解释和可视化”的章节，它强调了如何将抽象的仿真数据转化为直观的图形和报告，以便更好地向非技术人员传达仿真结果的含义和价值。这本书让我看到了系统仿真技术是如何将科学原理转化为解决现实世界问题的强大力量，也让我对未来的研究方向有了更清晰的认识。

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这本书的独特之处在于它所采取的“问题导向”的叙事方式。它不是从理论出发，而是从读者可能遇到的实际问题入手，然后引出系统仿真技术如何有效地解决这些问题。比如，当我们需要优化一个生产流程，却又无法在现实中进行大规模的试验时，这本书就会告诉你，系统仿真是如何提供一个经济高效的虚拟试验场。它会分析在生产线瓶颈、资源分配不均等问题上，仿真模型是如何通过改变参数和规则，来寻找最佳的解决方案。这种方式让我在阅读过程中，能够不断地将书中的内容与我自身可能面临的挑战联系起来，从而获得更强的代入感和学习动力。书中对仿真模型的验证和确认的讨论也十分精彩，强调了如何确保仿真结果的准确性和可靠性，避免“垃圾进，垃圾出”的情况。这对于任何一个想要将仿真技术付诸实践的人来说，都是非常宝贵的经验。这本书让我认识到，系统仿真不仅仅是技术，更是一种解决复杂问题的强大工具。

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读完这本书，我最大的感受是它像是一位经验丰富的向导，带领我穿越了系统仿真技术那看似复杂却又充满魅力的领域。它并没有直接抛出艰深的理论公式，而是更侧重于培养读者的思维方式。书中的许多论述都围绕着“建模”这一核心展开，从如何抽象现实世界的关键要素，到如何定义系统行为的规则，再到如何处理不确定性和随机性，都给出了非常具有启发性的指导。我尤其欣赏作者在介绍建模方法时，所采用的类比和实例，使得一些抽象的概念变得生动易懂。例如，在讲解如何建立一个城市交通仿真模型时，作者将车辆和行人比作一个个独立的“主体”，它们遵循着各自的规则进行交互，这种“自下而上”的建模思路，让我对基于主体的仿真有了更直观的理解。此外，书中对仿真实验的设计也给予了足够的重视，强调了如何通过合理的实验方案来获取有效的数据，并对仿真结果进行科学的分析和解释。这一点对于确保仿真结果的可靠性和实用性至关重要。这本书让我明白，系统仿真不仅仅是编写代码运行程序，更是一种严谨的科学研究方法，需要深厚的逻辑思维和跨学科的知识储备。

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我最近读完一本关于系统仿真技术的书，虽然名字里有“第9卷”，但我感觉它更像是对整个领域的一个宏大梳理。书的开篇就以一种非常引人入胜的方式，从历史的维度勾勒出了系统仿真技术的发展脉络。我特别喜欢作者在介绍早期模型时所展现出的那种探索精神，仿佛能看到科学家们如何从简陋的工具中一点点构建起复杂的模拟世界。书中对不同仿真范式的划分和比较也相当到位，清晰地阐述了离散事件仿真、连续系统仿真、基于主体的仿真等各自的优缺点以及适用的场景。这一点对于初学者来说尤为重要，能够帮助我们快速建立起对仿真技术整体的认知框架，避免陷入技术细节而迷失方向。书中的案例分析虽然没有深入到具体的代码层面，但对现实世界中系统仿真应用的广泛性进行了精彩的描绘，从制造业的生产线优化，到交通网络的拥堵模拟，再到气候变化的气候模型预测，几乎涵盖了所有能够想象到的领域。这种宏观视角让我对系统仿真技术在解决现实问题中的巨大潜力有了更深刻的理解，也激起了我进一步深入研究的兴趣。总的来说，这本书为我打开了一扇认识系统仿真技术的大门，让我对其价值和前景有了初步但清晰的认识。

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