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页数:570

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出版时间:1991-7

价格:17.00元

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isbn号码:9787312008733

丛书系列:

图书标签:

• 流体力学
• 物理学
• 工程学
• 流体动力学
• 流体静力学
• 计算流体力学
• 传热学
• 机械工程
• 航空航天
• 水利工程

《现代控制理论与应用》 内容简介 本书系统地阐述了现代控制理论的核心概念、基本原理和工程应用。全书结构严谨，逻辑清晰，内容涵盖了从经典控制理论的局限性分析到现代控制理论的建立与发展脉络，并深入探讨了线性系统、非线性系统、最优控制、鲁棒控制以及现代控制工程实践中的关键技术。 第一部分：线性系统的状态空间描述与分析 本部分着重于将传统的单输入单输出（SISO）系统扩展到多输入多输出（MIMO）系统的状态空间表示法。我们详细介绍了状态变量的选择、状态方程的构建以及不同表示形式（如约当标准型、可控标准型、可观测标准型）之间的转换。 系统建模与辨识： 讨论了如何根据物理系统的结构推导微分方程或差分方程，并介绍了系统辨识的基本方法，包括参数估计和模型简化技术。 线性系统的性质分析： 深入剖析了系统的可控性与可观测性。通过李雅普诺夫（Lyapunov）判据和矩阵秩判据，我们为后续的控制器设计和状态观测器设计奠定了理论基础。 状态反馈控制设计： 重点讲解了极点配置技术，包括使用 Ackermann 公式进行状态反馈增益的计算。同时，对使用 Luenberger 观测器进行全状态或部分状态观测的原理进行了详尽的阐述，并分析了观测器动态性能对闭环系统性能的影响。 最优控制基础： 引入了二次型（Quadratic Form）性能指标，并基于庞特里亚金最小原理（Pontryagin's Minimum Principle）推导了线性二次高斯（LQG）控制器的设计框架。虽然 LQG 本身是概率论基础上的最优控制，但其核心思想——通过状态反馈和状态估计（卡尔曼滤波）相结合——为现代控制工程提供了一种强大的工具。 第二部分：非线性控制系统理论 现代工程实践中，大部分系统本质上都是非线性的。本部分将理论深度拓展至非线性系统的分析与控制。 非线性系统分析方法： 介绍了描述函数法、相平面法等经典几何分析工具，使读者能够直观理解如极限环、跳跃等非线性特有的现象。更重要的是，系统地介绍了李雅普诺夫稳定性理论，包括直接法和间接法，这是判断非线性系统稳定性的基石。 精确线性化技术： 针对复杂的非线性系统，我们详细阐述了输入-输出线性化（Input-Output Linearization）和状态反馈线性化技术。这使得设计者能够利用成熟的线性控制理论来处理看似复杂的非线性问题。 滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）： SMC 是一种具有极强鲁棒性的非线性控制方法。本书详细讲解了滑模面设计、等效控制器的推导以及针对不确定性和外部扰动的鲁棒性分析，并讨论了“抖振”现象及其抑制方法（如利用到达律的平滑处理）。 第三部分：鲁棒控制与先进主题 面对模型的不确定性（参数摄动、未建模动态），鲁棒控制成为现代控制理论不可或缺的一部分。 $H_{infty}$ 控制理论： 本部分是现代控制理论的前沿之一。我们从频域角度出发，引入描述系统性能和不确定性的标准加权函数。通过将控制问题转化为求解保证闭环系统 $H_{infty}$ 范数小于某一特定值的优化问题，我们详细推导了基于 Riccati 方程的 $H_{infty}$ 控制器设计步骤。 $mu$ 综合理论简介： 对于更精细的不确定性结构（如三角界不确定性），$mu$ 综合理论提供了更精确的鲁棒性能保证。本书简要介绍了 $mu$ 理论的基本框架和其在航空航天等高精度领域的应用潜力。 自适应控制概述： 讨论了系统参数随时间变化的控制策略。主要涵盖基于模型的自适应控制（Model Reference Adaptive Control, MRAC）和基于切换的自适应控制（Self-Tuning Regulator, STR）的基本思想和收敛性证明。 第四部分：工程实现与案例分析 理论的价值体现在工程实践中。本部分将理论知识与实际应用相结合。 数字控制系统设计： 讨论了从连续时间系统到离散时间系统的转换（如零阶保持和一阶保持），以及在数字控制器设计中需要考虑的量化误差、采样率选择和时间延迟问题。 实际案例分析： 通过对典型工程问题（如高精度伺服机构控制、柔性机械臂的振动抑制、飞行器姿态控制）的建模、分析和控制器设计过程的详细剖析，展示了如何综合运用状态空间法、最优控制和鲁棒控制等多种工具来解决实际工程挑战。 本书旨在为控制工程、自动化、电子信息工程等专业的本科高年级学生、研究生以及从事相关领域的工程师提供一本全面、深入且具有工程指导意义的参考教材。通过对本书内容的学习，读者将能够熟练掌握分析和设计复杂动态系统的现代方法。

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这本《流体力学》的装帧设计简直让人眼前一亮，封面选用了深邃的宝蓝色，仿佛能让人联想到无垠的海洋和高空的空气流动，那种视觉上的冲击力，瞬间就抓住了我的注意力。拿到手里，分量感十足，厚实的纸张和精良的印刷质量，立刻给人一种“这是本硬核专业书”的预感。我记得我当时在书店里翻阅时，被书中大量的彩色插图和精密的工程图表深深吸引了。那些关于边界层分离、湍流结构的可视化图例，即便是初学者也能直观地感受到流体运动的复杂与美感。更让我惊喜的是，排版布局极为清晰，公式和文字的间距把握得恰到好处，阅读起来丝毫没有传统教科书那种令人头疼的拥挤感。作者在内容组织上的用心程度，从目录的逻辑递进就能看出来，从最基础的流体静力学，到复杂的粘性流和不可压缩流，层层递进，结构严谨，仿佛一位经验丰富的向导，引领着读者一步步深入这个迷人的科学领域。这样的物理实体体验，远胜于冰冷的电子文档。

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关于内容的深度和广度，这本书无疑是业界的一个标杆。我注意到它不仅仅停留在经典的欧拉方程和纳维-斯托克斯方程的推导上，对于一些前沿和应用领域也进行了相当详尽的介绍。比如，在关于湍流模型的部分，作者没有满足于简单的雷诺平均（RANS）方程，而是深入探讨了大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）的基本思想和挑战，这对于希望继续深造或从事研发工作的读者来说，提供了宝贵的起点。同时，书中对于压缩流动的处理也相当到位，从声速的概念、激波的形成到超音速风洞的设计原理，逻辑清晰，衔接自然。这使得这本书不仅适合作为本科阶段的教材，即使对于研究生阶段进行专业回顾或作为入门参考，其内容深度也绝对是够用的，它成功地在“教学”和“前沿探索”之间找到了一个绝佳的平衡点。

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这本书的习题设计简直是一场智力上的探险，而不是简单的重复训练。我尤其欣赏其题目类型的多样性和层次分明。前半部分的练习题，主要聚焦于对基本概念的巩固和直接公式应用的熟练度，难度梯度非常平缓，能有效地建立起读者的自信心。但真正让我眼前一亮的，是书中后半部分那些所谓的“设计型”或“分析型”综合题。它们往往不再是直接套用一个公式就能解决的，而是要求你结合多个章节的知识点，对一个真实的工程问题进行建模和初步分析。例如，要求计算某新型管道系统的沿程阻力损失，并讨论温度变化对泵选型的影响，这类题目迫使你去思考理论知识在真实世界中的应用边界和局限性。解答这些题目，感觉就像是真正穿上了工程师的工作服，而不是停留在课堂理论的象牙塔里。完成一道这样的题目，获得的成就感远超解开一道标准的计算题。

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初次接触这本书时，我最担心的是那些动辄需要用到张量分析和偏微分方程的复杂数学推导，毕竟我的数学基础只能算是“够用”的水平。然而，这本书的作者显然非常理解读者的这种恐惧，他们在引入核心概念时，总是先从直观的物理图像入手，用大量的类比和实际工程案例来铺陈。比如，讲解伯努利原理时，他们没有直接抛出那个著名的方程，而是先描述了飞机机翼如何产生升力，再结合水管中流速变化导致压强差异的日常现象，让读者在“明白了这是怎么回事”之后，再去接触那些抽象的数学表达。这种“先形象后抽象”的教学方法，极大地降低了理解门槛。我特别欣赏其中穿插的大量历史背景介绍，比如达西、雷诺斯等先驱的研究历程，这不仅让枯燥的理论变得有血有肉，也让读者体会到科学发现过程中的曲折与不易，使得学习过程不再是单纯的记忆和计算，而更像是一场与科学巨匠的对话。

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我个人在使用这本书的过程中，发现其对软件和计算工具的融入也处理得十分巧妙。作者非常务实地认识到，现代流体力学研究已经离不开计算工具的辅助。书中穿插了一些关于如何使用商业软件（如CFD工具）来验证解析解的案例分析，虽然并没有深入讲解软件的操作细节，但它明确地指出了在数值模拟中需要注意的物理模型选择、网格划分的重要性，以及如何识别出数值误差。这种引导式的介绍，让读者明白了理论与实践的桥梁不仅仅是手算，更是对计算结果的批判性评估能力。我因此被激发去查阅更多关于有限体积法和有限元法的资料，这本书就像一个高质量的“索引”和“兴趣激发器”，它没有试图用工具替代思考，而是用工具来拓宽思考的可能性，这正是优秀教材的价值所在。

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