非连续非线性系统的控制理论与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:232

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出版时间:2007-10

价格:78.00元

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isbn号码:9787302161448

丛书系列:

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• 非线性系统
• 控制理论
• 非连续控制
• 应用数学
• 自动控制
• 系统工程
• 优化算法
• 建模与分析
• Lyapunov稳定性
• 状态空间

复杂系统动态建模与先进控制策略研究 本书简介 本书深入探讨了现代工程领域中普遍存在的复杂系统所面临的挑战，重点聚焦于非线性动力学的精细刻画以及先进控制理论在实际工程问题中的创新应用。全书内容系统地构建了从系统辨识、模型降阶到高鲁棒性控制策略设计的完整技术框架，旨在为研究人员和工程师提供一套严谨且实用的方法论工具箱。 第一部分：复杂系统动态建模与机理分析 本部分致力于夯实对系统本质行为的理解，尤其关注传统线性模型无法有效描述的现象。 第一章：非线性系统基础理论与分类 详细阐述了非线性动力学的基本概念，包括相平面分析法、极限环的判定、以及涌现现象（如混沌、分岔）的数学描述。系统地回顾了描述复杂系统行为的几种主流非线性模型结构，例如李萨如系统、依斯塔系统以及广义的滞后微分方程。讨论了系统建模中常见的外部扰动和内部不确定性的量化方法。 第二章：基于数据驱动的系统辨识与状态观测 针对难以建立精确物理模型的系统，本章侧重于数据驱动的建模技术。详细介绍了非参数辨识方法（如核函数方法）和参数化辨识（如递归最小二乘法在非线性系统中的推广）。重点阐述了卡尔曼滤波的非线性扩展形式——扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在复杂系统状态实时估计中的精度与计算效率比较。此外，还探讨了基于观测器设计（如Luenberger观测器在局部线性化系统中的应用）的系统状态重构技术。 第三章：高维系统的简化与降阶技术 现实工程系统往往具有极高的自由度，直接处理高维模型计算负担过重。本章系统介绍了模型降阶（Model Reduction）的多种有效策略。深入讲解了模态分析法（Modal Analysis）在结构动力学中的应用，以及平流体动力学（POD）在流体控制和热传递系统中的降阶建模过程。对于涉及多尺度现象的系统，讨论了基于平衡截断和奇异摄动理论的分析与降阶方法。 第二部分：先进控制理论的构建与设计 在获得精确或足够近似的系统模型后，本部分转向设计具有高鲁棒性、高适应性和高性能的控制算法。 第四章：基于反馈线性化的精确控制设计 本章聚焦于微分几何方法在控制理论中的应用。详细阐述了输入-输出线性化和状态反馈线性化的理论基础，包括可积性条件和零动态的稳定性分析。通过具体的实例（如机械臂和航空姿态控制），展示了如何通过坐标变换将非线性系统转化为可由线性控制器稳定或跟踪的规范形。 第五章：鲁棒性控制理论的深度应用 针对模型不确定性和外部干扰，本章深入探讨了确保系统稳定性和性能的鲁棒控制方法。重点讲解了$H_{infty}$ 控制理论的设计流程，包括求解三角不等式和设计加权函数以满足性能指标。同时，对$mu$ 综合分析与综合进行了详尽的介绍，说明了其在处理多重不确定性建模时的优越性。 第六章：自适应与智能控制策略 本部分关注系统参数时变或完全未知情况下的控制。详细介绍了基于模型的自适应控制（MRAC），包括先导-追随者结构和参考模型的设计。随后，深入探讨了神经网络控制在处理高度未知非线性映射上的潜力，特别是反向传播（BP）算法在在线控制律更新中的应用，以及模糊逻辑控制（FLC）在经验知识融入控制决策过程中的结构设计。 第三部分：关键工程领域的应用案例研究 本部分通过具体的工程实例，展示前述理论工具的实际效能。 第七章：复杂机电耦合系统的控制 选取了高精度伺服驱动系统和磁悬浮列车作为研究对象。讨论了如何通过滑模控制（SMC）来应对电机驱动中的摩擦力矩不确定性，并分析了传统滑模控制中的抖振问题及其基于功率-比例-积分-微分（PPID）的改进策略。针对磁悬浮系统的悬浮间隙控制，探讨了如何结合非线性观测器来估计外部载荷。 第八章：过程工业中的先进控制 以大型化工反应堆的温度和浓度控制为例，展示了如何利用模型预测控制（MPC）来同时处理系统约束和多变量耦合问题。详细阐述了基于优化问题的滚动时域计算过程，以及如何通过集合预测控制（SPC）来量化和管理控制决策中的不确定性。 第九章：分布式与网络化控制系统的设计 针对由多个相互连接的子系统组成的复杂网络，本章探讨了分布式控制的挑战。研究了基于事件触发机制（Event-Triggered Control）的节能控制策略，重点分析了保证闭环稳定性的最小采样间隔与信息交换策略。讨论了网络延迟和丢包对控制性能的鲁棒性边界。 本书的深度和广度兼顾了理论推导的严谨性与工程应用的实用性，是控制科学领域研究人员和高层次工程技术人员不可或缺的参考书。

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这本书最让我感到震撼的，是它对于“涌现现象”的探讨。在讨论大型复杂网络（比如电网或交通系统）的控制时，线性叠加原理的失效是众所周知的问题，但这本书提供了一种更为深入的视角——如何从微观个体的简单规则中，预见宏观层面的集体行为。作者引入了元胞自动机理论与动力系统相结合的分析工具，这在传统的控制工程教材中是极为罕见的。阅读这部分时，我仿佛从微观的反馈回路中抽离出来，站在一个更高的维度审视整个系统的动态演化。书中对“自组织临界性”的描述，让我对许多看似随机的系统故障有了新的解释框架。它启发我去思考，很多我们试图消除的“非线性”，也许恰恰是系统保持活力和适应性的关键所在。总而言之，这是一部跨越学科边界的力作，它拓宽了我们对“控制”二字的理解，将控制理论提升到了一个更具哲学思辨的高度。

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我对这本书的数值模拟部分给予高度评价。在处理诸如湍流边界层或者生物种群动态这类问题时，解析解往往是奢望。这本书的第五章，集中探讨了数值积分方法在处理强非线性反馈时的精度和稳定性问题。作者没有停留在传统的龙格-库塔法，而是详细介绍了适应性步长控制策略，特别是针对那些系统状态变量变化速率差异巨大的情况。书中提供了大量伪代码和MATLAB脚本示例，这些示例清晰地展示了如何将理论推导出的控制律转化为实际可运行的代码，这对于工程应用人员来说，是极其宝贵的财富。我尝试着运行了书中关于混沌系统同步的案例，发现作者所推荐的“精确反馈线性化”方法，在保持系统同步的同时，对初始条件的敏感性远低于其他线性方法。这种细致入微的实践指导，使得这本书不仅仅停留在纸面上，而是真正成为了一个可以操作的“工具箱”。

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我是在一个项目瓶颈期接触到这本书的，当时我们处理的一个工业过程模型出现了难以预测的震荡，传统的PID调参完全无济于事。这本书的第三章，关于“滞后效应与延迟系统的稳定性分析”，简直是雪中送炭。作者没有满足于教科书式的李雅普诺夫稳定性判据，而是深入探讨了具有时间延迟的系统中，系统状态是如何周期性地自我“陷害”的。书中详尽地剖析了几种经典的时滞模型，比如皮埃尔模型和麦克阿瑟模型，并配以大量的图示来展示系统在不同延迟参数下的伯德图和根轨迹的剧烈变化。更令我印象深刻的是，作者在分析这些复杂系统时，巧妙地引入了现代泛函分析的工具，使得原本晦涩的数学论证变得有迹可循，仿佛剥开洋葱一层层外衣，最终直达其辛辣的内核。这本书的实践意义远超理论价值，它提供的分析框架，直接指导了我重新设计了反馈回路，最终成功抑制了那恼人的振荡，让我对“结构性不稳定性”有了全新的认识。

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这本书的封面设计颇具匠心，那一抹深邃的蓝与跳跃的橙色交织，仿佛在暗示着系统内部的复杂与控制的精准。初翻开来，首先映入眼帘的是那引人入胜的前言，作者以一种近乎哲学家的口吻，探讨了“确定性”在面对真实世界挑战时的局限性。我立刻被吸引住了，它没有直接陷入繁复的数学推导，而是先构建了一个宏大的理论框架，让人意识到我们所处的物理世界充满了不规则的脉冲和突变，传统的线性方法根本无法完全捕捉其精髓。特别是其中对“相空间重构”的阐述，我感觉像是在迷雾中找到了一把钥匙，它让那些原本杂乱无章的信号序列，开始展现出潜在的、隐藏的结构美感。阅读过程中，我多次停下来，反复咀嚼那些关于“分岔点”和“奇异吸引子”的描述，作者似乎总能用最凝练的语言，揭示出系统行为从有序到混沌的微妙边界。这本书绝不是一本轻松的入门读物，但对于那些渴望触及控制论前沿、寻求更深层次理解的工程师或研究者来说，它无疑是一份厚重的精神食粮，让人在挑战中不断精进。

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这本书的语言风格可以说是极其严谨而内敛的，几乎没有冗余的词藻，每一个公式的出现都像是深思熟虑后的必然。然而，正是在这种极简主义的叙事下，隐藏着对复杂系统的深刻洞察。我尤其欣赏作者在章节末尾设置的“开放性问题”部分，这些问题并非是简单的课后练习，而是直接指向当前研究领域尚未完全解决的难题。例如，关于高维非线性系统的鲁棒性设计，书中提出了几种基于区间分析的新方法，这些方法虽然计算量巨大，但却提供了一种在极端不确定性下保证控制性能的理论基础。阅读这本书的过程，更像是在和一位经验丰富的导师进行高强度的对话。它要求读者不仅要理解“是什么”，更要深究“为什么会这样”。对于那些习惯于即时满足的读者来说，这本书的阅读体验可能会有些枯燥，但坚持下来，你会发现自己的思维模式正在被无形中重塑，对“精确建模”这件事的态度也变得更加谦卑和审慎。

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