满意PID控制设计理论与方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学

作者:马建伟

出品人:

页数:210

译者:

出版时间:2007-8

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787030196255

丛书系列:

图书标签:

• 满意PID控制设计理论与方法
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好的，这里为您提供一份图书简介，内容不涉及《满意PID控制设计理论与方法》一书的具体内容，侧重于其他可能相关的技术领域，并力求自然流畅。 --- 图书简介：现代系统动力学建模与复杂系统仿真技术 导言：理解与驾驭复杂性 在当今快速发展的工程、经济和社会科学领域，我们面临的系统日益复杂。无论是航空航天、生物医药，还是金融市场、城市交通网络，这些系统的动态行为往往是非线性的、耦合的，并且受到大量不确定性因素的影响。传统的线性分析方法在描述和预测这些复杂现象时显得力不从心。 《现代系统动力学建模与复杂系统仿真技术》一书应运而生，旨在为研究人员、工程师和决策者提供一套系统的、实用的工具箱，用以理解、描述和预测这些错综复杂的动态系统。本书聚焦于如何将抽象的系统概念转化为可量化、可计算的数学模型，并通过先进的仿真技术来探索系统的潜在行为空间。 本书的核心理念是：任何复杂的系统，其宏观行为都源于微观组件之间的相互作用。 通过精细刻画这些基本作用力，我们可以构建出具有高度解释力和预测能力的系统模型。 第一部分：系统动力学建模的理论基石 本部分深入探讨了构建可靠系统模型的理论框架。我们首先回顾了反馈控制理论中的经典概念，但将视角从单一回路的稳定性分析扩展到了多尺度、多层次的系统集成。 状态空间法的深化应用： 书中详细阐述了如何在高维系统中使用降阶技术来识别关键状态变量。我们不仅仅停留在数学描述层面，更注重于如何根据物理意义或业务逻辑来选取最优的状态向量，以保证模型的可解释性。对于参数辨识，我们引入了基于卡尔曼滤波的自适应方法，使其能够应对系统运行过程中参数的漂移现象。 非线性系统的描述： 现代工程中，非线性和时滞是常态。本书花费大量篇幅讲解了描述函数法、奇异摄动法在处理高频和低频耦合系统中的应用。特别地，我们引入了基于拓扑学的概念来分析复杂系统的全局吸引子和混沌行为的边界条件，这对于设计具有鲁棒性的控制策略至关重要。 多物理场耦合建模： 面对机电耦合、热力耦合等问题，本书提出了“场变量”的统一建模范式。通过能量守恒定律和物质平衡原理，构建跨越不同物理领域的统一微分方程组。这为跨学科工程设计提供了统一的数学语言。 第二部分：复杂系统仿真技术与数值方法 理论模型需要通过高效、准确的仿真手段才能转化为实际的洞察力。本部分着重于提升仿真计算的效率和可靠性。 高精度时间积分方案： 传统的欧拉法和龙格-库塔法在处理刚性系统（Stiff Systems）时效率低下。本书详细对比了隐式积分方法（如BDF法）和半隐式方法的适用场景。针对具有极快和极慢时间尺度的系统，我们提供了混合时间步进策略的算法实现细节，确保了计算资源的有效利用。 面向大规模系统的并行化仿真： 随着系统规模的扩大，串行仿真已无法满足实时或快速分析的需求。书中系统地介绍了基于区域分解（Domain Decomposition）的并行仿真框架。讨论了如何有效地在多核处理器甚至分布式集群上划分模型，并最小化通信开销，特别关注于数据依赖性对并行效率的影响分析。 基于代理模型（Surrogate Modeling）的快速评估： 在需要进行大量参数扫描或优化设计时，运行全精度的系统仿真成本过高。本书介绍了如何利用高斯过程回归（Gaussian Process Regression）和神经网络（如Lattice-Boltzmann方法中的部分应用）来构建系统的代理模型。这使得设计空间探索的速度提升了数个数量级，极大地加速了优化流程。 第三部分：系统分析与决策支持 模型的最终目的是服务于决策。本部分将建模与仿真结果转化为可操作的洞察。 不确定性量化（Uncertainty Quantification, UQ）： 现实世界充满噪声和模型误差。我们介绍了蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）在高维空间中的收敛性问题，并重点介绍了更高效的基于多项式混沌展开（Polynomial Chaos Expansion, PCE）的不确定性传播方法。通过PCE，可以直接从模型的输入不确定性推导出输出性能指标的概率分布。 系统状态的重构与估计： 在许多情况下，系统的全部状态无法直接测量。书中深入探讨了基于观测数据和系统模型的在线状态估计技术。除了扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF），本书还提供了粒子滤波（Particle Filter）在处理极端非高斯噪声和多模态不确定性时的具体实践指导。 稳健性分析与设计： 系统的设计不仅要保证在理想条件下的性能，更重要的是在各种扰动下保持功能。本书提供了基于$H_{infty}$范数分析和凸优化方法来确定系统的输入/输出增益边界，并指导工程师设计出对模型误差和外部干扰不敏感的系统架构。 结语：跨越学科的桥梁 本书力求成为一本连接理论深度与工程实践的桥梁。通过对现代系统科学中几个关键领域的系统性梳理，它不仅为读者打下了坚实的数学和计算基础，更重要的是，培养了读者从整体视角审视和解决复杂工程问题的能力。无论是致力于设计下一代自主系统，还是分析宏观经济的长期趋势，本书提供的工具和方法论都将是您宝贵的智力财富。

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这本书最大的价值可能在于其对“数字化转型”背景下的PID控制的再解读。在工业4.0和智能制造的大背景下，仅仅停留在传统的经典控制理论已经远远不够。这本书非常前瞻性地探讨了如何将现代信息技术（如大数据分析、在线模型辨识）融入到PID的设计和运行维护中。例如，它讨论了如何利用历史运行数据进行“离线参数优化”和“在线参数漂移监测”，这对于维护大型、长期运行的生产线具有极其重要的意义。它不仅仅是回顾经典，更是展望未来，指出了传统PID如何在新一代智能控制系统中找到新的定位。阅读完后，我感觉自己对PID的理解不再局限于教科书上的黑箱模型，而是将其看作是一个可以与现代计算能力深度结合、持续进化的“智能组件”。这本书是为那些渴望将控制理论与前沿工程实践紧密结合的专业人士准备的，它确实提供了一个坚实的理论基石和前瞻性的视野。

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拿到这本书的时候，我心里其实是抱着一种非常审慎的态度。市面上关于控制理论的书籍汗牛充栋，但真正能兼顾“设计”与“理论深度”并且实操性强的佳作却凤毛麟角。这本书的排版和印刷质量首先给人留下了不错的印象，纸张的质感和图表的清晰度都达到了专业教材的水准。我初步翻阅了目录，发现它对经典PID控制的演进脉络梳理得非常清晰，从最基础的结构解析，到深入到各种先进的改进算法，比如模糊PID、自适应PID等，都做了详尽的论述。尤其让我感兴趣的是它对“鲁棒性”和“优化”这两个核心概念的处理方式。很多教材往往只停留在数学模型的推导上，而这本书似乎更注重将这些抽象的数学语言转化为工程师可以在实际生产线上应用的具体设计步骤和判断标准。对于我这种需要在复杂工业现场解决实际控制问题的工程师来说，这种注重实效性的写作风格显得尤为宝贵。我期待它能提供一套系统化、可复现的设计流程，而不是零散的理论知识点堆砌。我希望它不仅仅是一本“教你如何计算”的书，更是一本“教你如何思考”的工具书。

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这本书的深度着实超出了我的预期，尤其是它对非线性系统在PID设计中的挑战性讨论部分，简直是教科书级别的分析。我一直觉得，在传统的线性控制框架下，PID的优化相对成熟，但一旦面对转速波动大、负载变化快的实际设备，PID的调参就变成了“玄学”。这本书没有回避这个问题，而是引入了更现代的控制思想，比如基于模型的辨识方法与PID的融合。它没有盲目推崇最新的控制技术，而是非常务实地分析了在现有硬件和成本约束下，如何最大化PID的效能。特别是书中关于“死区补偿”和“饱和限制”的章节，给出了几个非常巧妙的软件实现思路，这些细节往往是其他教材中一笔带过，却在实际工程中决定成败的关键所在。这种对工程实践细节的关注，让这本书的价值瞬间提升了好几个档次。阅读过程中，我甚至会时不时地停下来，对照我正在负责的一个老旧项目，思考是否能用书中的方法进行优化升级，这说明它的启发性非常强。

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老实说，这本书的阅读体验是“痛苦而充实的”。它不像一些普及读物那样追求流畅的叙事，而是充满了严谨的数学推导和严密的逻辑链条。对于那些数学基础稍弱的读者来说，开头的几章可能需要反复咀嚼。但请相信我，当你坚持下来后，你会发现这种“痛苦”是非常值得的。作者似乎非常注重概念的精确性，每一个符号、每一个假设都有清晰的来源和限定条件。我特别欣赏它对不同PID调参算法（如Ziegler-Nichols、Cohen-Coon等）的对比分析，不仅仅是列出公式，而是深入剖析了每种方法的适用场景和局限性，比如在哪些系统响应特性下会产生超调，在哪些情况下会引起振荡。这种细致入微的对比分析，远比一刀切的介绍更有助于读者形成自己的判断力。它迫使我重新审视过去凭经验进行的调参工作，意识到很多“看似合理”的操作其实是隐藏着系统风险的。

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这本书在组织结构上体现出了一种高度的系统化思维，这对于理解控制工程的整体架构至关重要。它不是简单地堆砌PID的各种变种，而是将其置于一个更大的控制系统优化框架中去审视。例如，在讨论了基础的串联、并联PID结构后，它会自然而然地过渡到多变量系统的解耦控制，以及PID在状态空间模型中的映射问题。这种从微观（单个回路）到宏观（整体系统）的视角转换，极大地帮助我建立起了一个清晰的知识地图。我发现自己不再将PID视为一个孤立的算法，而是理解了它在整个反馈控制家族中的地位和适用边界。此外，书中对“性能指标的选择”也进行了深入探讨，这触及了控制工程的哲学层面——我们到底追求什么？是快速响应、无静差，还是最小能耗？这本书提供了一套清晰的度量体系，指导读者根据实际需求确定最优的性能目标，而不是盲目地追求零误差。

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