非线性系统(第三版)

非线性系统(第三版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:电子工业出版社
作者:哈森 K.哈里尔 (Hassan K.Khalil)
出品人:
页数:528
译者:朱义胜
出版时间:2017-7-1
价格:109.00
装帧:平装
isbn号码:9787121314520
丛书系列:经典译丛·人工智能与智能系统
图书标签:
  • 非线性
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  • 稳定性分析
  • 李雅普诺夫稳定性
  • 自适应控制
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具体描述

非线性系统 (第三版) 《非线性系统 (第三版)》并非一本涵盖所有非线性系统理论和应用的大全,而是精选了一系列核心概念、经典方法和前沿进展,旨在为读者构建一个扎实而全面的非线性系统知识体系。本书在保留前几版精华的基础上,对内容进行了系统性的梳理和更新,力求在理论深度、方法广度和应用实例之间取得最佳平衡。 本书的核心内容围绕以下几个方面展开: 一、 非线性系统基本理论与分析工具 本书将从非线性系统的基本定义入手,深入浅出地介绍描述非线性系统所必需的数学工具。这包括对微分方程、差分方程等经典描述方式的拓展,以及向量场、相平面分析等可视化分析手段。重点将放在如何理解非线性系统的本质特性,例如多重平衡点、极限环、混沌等,这些特性是线性系统所不具备的。 平衡点与稳定性分析: 详细阐述平衡点的概念,以及线性化方法在分析平衡点稳定性中的作用。在此基础上,将引入李雅普诺夫稳定性理论,介绍直接法和间接法,使读者能够 rigorously 地分析系统的稳定性,包括渐近稳定性、指数稳定性等。 相平面分析: 对于低维非线性系统,相平面分析是一种直观理解系统动态行为的有力工具。本书将详细讲解如何绘制相平面图,识别不同类型的奇点(结点、鞍点、中心、焦点),并分析轨迹的走向,从而揭示系统的全局动态特性。 极限环: 极限环是许多实际非线性系统中普遍存在的周期性振荡。本书将介绍判定和分析极限环存在的多种方法,如庞加莱-本迪克森定理、霍普夫分岔理论等,并探讨极限环的幅值和频率。 分岔理论: 分岔是系统参数变化导致其平衡点或周期解的数量、类型发生变化的现象。本书将系统介绍各种常见的局部分岔,如鞍结分岔、跨界分岔、霍普夫分岔、叉式分岔等,并解释其在理解系统从一个稳态过渡到另一个稳态的关键作用。 二、 非线性控制系统设计方法 本书将重点介绍针对非线性系统的控制策略。与线性控制不同,非线性控制设计需要更深入地理解被控对象的非线性特性,并采用更具针对性的方法。 反馈线性化: 这是一种强大的非线性控制方法,旨在通过状态反馈和坐标变换将非线性系统转化为等价的线性系统,从而可以使用成熟的线性控制技术进行设计。本书将详细介绍输入-状态线性化和输入-输出线性化,并讨论其适用条件和局限性。 滑模控制: 滑模控制以其对模型不确定性和外部扰动的鲁棒性而闻名。本书将详细阐述滑模控制的基本原理,包括滑模面的设计、趋近律的选择,以及如何设计控制器以保证系统状态沿着滑模面运动。 自适应控制: 当系统参数未知或时变时,自适应控制能够实时调整控制器参数以维持系统的性能。本书将介绍多种自适应控制方法,如基于李雅普诺夫的自适应控制、基于模型参考自适应控制 (MRAC) 等,并给出具体的算法设计流程。 神经网络与模糊控制: 作为现代非线性控制的重要分支,神经网络和模糊逻辑提供了强大的建模和控制能力。本书将介绍如何利用神经网络逼近复杂的非线性函数,以及如何设计基于模糊逻辑的控制器,并给出实际应用案例。 模型预测控制 (MPC) 的非线性扩展: MPC 因其前瞻性和处理约束的能力而备受青睐。本书将介绍如何将 MPC 的思想应用于非线性系统,涉及非线性模型求解、预测模型设计等关键问题。 三、 非线性系统的特殊现象与先进主题 除了基本的分析和控制方法,本书还将触及非线性系统中一些引人入胜的特殊现象和前沿研究方向。 混沌系统: 混沌是确定性系统中表现出的高度敏感于初始条件、看似随机的运动。本书将介绍混沌的定义、特征(如奇怪吸引子、分形维度),并探讨其产生机制和分析方法,同时也会提及混沌在某些工程领域的应用与挑战。 周期振荡与混沌的初探: 进一步深入研究周期振荡和混沌的生成机理,例如使用庞加莱截面等工具来识别和分析复杂动态。 系统辨识: 在实际应用中,我们往往需要根据实验数据来构建非线性系统的模型。本书将介绍一些基本的非线性系统辨识方法,包括基于模型的方法和无模型的方法。 四、 应用案例与实践导向 为了增强本书的实用性,《非线性系统 (第三版)》将穿插大量的工程实际应用案例,涵盖机械系统、电气系统、生物医学系统、化学反应器等多个领域。这些案例将帮助读者将抽象的理论知识与具体问题相结合,理解非线性系统理论在解决现实世界挑战中的重要作用。 本书的目标读者: 本书适合于对非线性系统理论和控制有浓厚兴趣的本科高年级学生、研究生,以及从事相关领域研究和工程开发的科研人员和工程师。读者应具备一定的线性系统理论、微分方程和控制理论基础。 通过深入学习《非线性系统 (第三版)》,读者将能够: 深刻理解非线性系统的本质特性和行为规律。 掌握分析和预测非线性系统动态的多种方法。 能够设计针对非线性系统的各类控制器,实现期望的性能。 初步了解非线性系统中出现的复杂现象,并具备进一步探索的潜力。 将理论知识应用于实际工程问题,解决复杂的控制挑战。 本书并非一部简单的“字典”式手册,而是一份引导读者进入非线性系统精彩世界的“路线图”。通过系统的学习,您将能够独立思考和解决各类非线性系统问题,为您的学术研究和工程实践打下坚实的基础。

作者简介

Hassan K. Khalil

美国密歇根州立大学电气与计算机工程系University Distinguished教授。1989年由于其在“奇异扰动理论及其在控制中的应用”方面的成就被选为IEEE会士。多年来一直从事非线性系统的教学和研究工作,主要研究方向包括非线性(鲁棒和自适应)控制、 奇异扰动理论和电驱动控制。本书第二版曾于2002年获国际自动控制联合会(IFAC)授予的控制工程教材奖。

目录信息

第1章 绪论
1.1 非线性模型和非线性现象
1.2 示例
1.2.1 单摆方程
1.2.2 隧道二极管电路
1.2.3 质量弹簧系统
1.2.4 负阻振荡器
1.2.5 人工神经网络
1.2.6 自适应控制
1.2.7 一般非线性问题
1.3 习题
第2章 二阶系统
2.1 线性系统的特性
2.2 多重平衡点
2.3 平衡点附近的特性
2.4 极限环
2.5 相图的数值构造
2.6 周期轨道的存在
2.7 分岔
2.8 习题
第3章 基本性质
3.1 存在性和...性
3.2 连续性与初始条件和参数的关系
3.3 解的可微性和灵敏度方程
3.4 比较原理
3.5 习题
第4章 李雅普诺夫稳定性
4.1 自治系统
4.2 不变原理
4.3 线性系统和线性化
4.4 比较函数
4.5 非自治系统
4.6 线性时变系统和线性化
4.7 逆定理
4.8 有界性和毕竟有界性
4.9 输入状态稳定性
4.10习题
第5章 输入输出稳定性
5.1 稳定性
5.2 状态模型的稳定性
5.3 2增益
5.4 反馈系统:小增益定理
5.5 习题
第6章 无源性
6.1 无记忆函数
6.2 状态模型
6.3 正实传递函数
6.4 2稳定性和李雅普诺夫稳定性
6.5 反馈系统:无源性定理
6.6 习题
第7章 反馈系统的频域分析
7.1 绝对稳定性
7.1.1 圆判据
7.1.2 Popov判据
7.2 描述函数法
7.3 习题
第8章 现代稳定性分析
8.1 中心流形定理
8.2 吸引区
8.3 类不变定理
8.4 周期解的稳定性
8.5 习题
第9章 扰动系统的稳定性
9.1 零扰动
9.2 非零扰动
9.3 比较法
9.4 无限区间上解的连续性
9.5 互联系统
9.6 慢变系统
9.7 习题
第10章 扰动理论和平均化
10.1 扰动法
10.2 无限区间上的扰动
10.3 自治系统的周期扰动
10.4 平均化法
10.5 弱非线性二阶振荡器
10.6 一般平均化法
10.7 习题
第11章 奇异扰动
11.1 标准奇异扰动模型
11.2 标准模型的时间尺度特性
11.3 无限区间上的奇异扰动
11.4 慢流形和快流形
11.5 稳定性分析
11.6 习题
第12章 反馈控制
12.1 控制概述
12.2 通过线性化实现稳定
12.3 积分控制
12.4 线性化积分控制
12.5 增益分配
12.6 习题
第13章 反馈线性化
13.1 引言
13.2 输入输出线性化
13.3 全状态线性化
13.4 状态反馈控制
13.4.1 稳定性
13.4.2 跟踪
13.5 习题
第14章 非线性设计工具
14.1 滑模控制
14.1.1 引例
14.1.2 稳定性
14.1.3 跟踪
14.1.4 积分控制调节
14.2 李雅普诺夫再设计
14.2.1 稳定性
14.2.2 非线性阻尼
14.3 反步设计法
14.4 基于无源的控制
14.5 高增益观测器
14.5.1 启发性例子
14.5.2 稳定性
14.5.3 通过积分控制的调节
14.6 习题
附录A 数学知识复习
附录B 压缩映射
附录C 证明
参考文献说明
参考文献
符号表
术语表
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的行文风格极其冷静和精确,给人一种“一切尽在掌握”的权威感。它很少使用口语化的表达,每一个句子似乎都经过了反复的推敲,力求用最简洁的数学语言描述最复杂的物理现象。例如,在讨论奇异摄动理论时,作者对“快变”和“慢变”的时间尺度的区分,描述得极为精妙,让人立刻就能抓住问题的关键所在。我个人认为,这本书的价值不仅仅体现在它所教授的知识点上,更在于它所塑造的分析框架。它训练了一种看待问题的视角——即关注系统的**定性行为**,而非仅仅追求**精确的数值解**。 在排版和结构上,作者的处理也体现了极高的专业素养。每个章节的末尾都附有“进一步阅读”的推荐列表,这对于希望在某个特定子领域深耕的研究生来说,简直是黄金资源。我就是通过这些推荐,找到了几篇非常经典且有影响力的原始文献,极大地拓宽了我的视野。对于需要用非线性理论来指导实验设计或者验证仿真模型的工程师而言,这本书提供的严密证明和清晰的定理阐述,是他们进行学术辩护和结果可信度验证的强大后盾。它让你有底气说:“我的结论是基于这些坚实的数学基础得出的。”

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总的来说,这是一本需要投入大量精力的书,但它的回报是巨大的。它更像是一位经验丰富、要求严格的导师,而不是一位和蔼可亲的向导。如果你期望在阅读过程中能有大量的“啊哈!”时刻,那这本书可能会让你有些失望,因为它要求你提前做好功课,才能在后续的推导中获得那种“原来如此”的顿悟。对于初次接触这个领域的学生,我建议先配合其他更基础的教材建立直觉,然后再将此书作为深化和提升理论深度的工具。 我个人最深的体会是,这本书教会我如何处理**“不可解”**的问题。很多非线性方程是无法求出解析解的,而这本书的核心思想恰恰是如何在没有解析解的情况下,依然能准确描述和预测系统的长期行为。例如,对庞加莱截面法的介绍,它将一个复杂的高维连续时间问题,转化为了一个相对更易于分析的离散映射问题,这种视角转换的能力,是这本书带给我最宝贵的财富。它提供的不仅仅是一套工具,更是一种面对未知复杂性时的**思维范式**。

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作为一本面向第三版的教材,它在内容的前沿性和广度上做到了一个相当高的平衡。我注意到,相较于我之前见过的老版本,这版明显加强了对现代研究热点,比如**混沌同步**和**滑模控制**的介绍。虽然对于这些高级主题,书本的篇幅有限,更像是一个优秀的导览图,但它成功地建立了一个坚实的理论基础,让读者知道如何将经典的李雅普诺夫方法应用于这些复杂的、实际存在的系统问题中。我特别喜欢它在讨论周期解分支(Bifurcation)时所使用的案例,不仅仅是理论推导,它还结合了工程上常见的振荡器模型,这让原本晦涩的分支理论变得“可触摸”了。 不过,坦白说,这本书的阅读难度不低,它绝对不是那种可以轻松“刷完”的读物。它要求读者对微分方程和基础的线性代数有非常扎实的背景。在某些章节,比如针对随机非线性系统的随机稳定性分析,数学工具的密度瞬间增大,我不得不停下来,查阅不少相关的概率论和随机过程的知识点。但正是这种深度,使得这本书成为了一个真正的参考宝典,而不是一本快餐式的入门指南。它教你的不仅是“如何求解”,更是“如何思考”非线性系统的内在结构。

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这本**《非线性系统(第三版)》**,说实话,我拿到手的时候心里是有些忐忑的。毕竟“非线性”这三个字在工程和数学领域里就意味着复杂、直觉失效和大量的抽象概念。我之前接触过一些入门级的经典控制理论教材,那些书大多聚焦于线性系统的稳定性和可控性,处理起来有成熟的工具箱。但面对这本书,我明显感觉到作者是想深入挖掘系统行为的“野性”——那些突变、混沌和丰富的动态模式。 翻开前几章,关于相空间分析和奇点的讨论,就展现出一种严谨但又不失洞察力的叙事风格。作者没有仅仅堆砌公式,而是花了大量篇幅去解释为什么线性近似在某些工作点失效,以及如何通过拓扑学的方法去理解系统的全局行为。我特别欣赏它在引入李雅普诺夫稳定性理论时所采用的循序渐进的方式,从能量函数这种直观的概念出发,慢慢过渡到更抽象的函数空间分析。对于初学者来说,可能需要反复阅读才能真正抓住那种“感觉”,但一旦你理解了那个核心的“能量不增”的直观意义,很多看似高深的定理都会豁然开朗。这本书的配图质量非常高,那些二维和三维的相图,简直是艺术品,它们清晰地勾勒出了极限环、不动点和周期解的形态,这比单纯看数学表达式要有效得多。

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这本书的结构安排,显示出作者对非线性控制理论发展脉络的深刻理解。它不是简单地罗列方法,而是构建了一个逻辑严密的知识体系。开篇的几何方法和相平面分析,是理解所有后续复杂理论的基石。然后,作者水到渠成地引入了输入-输出线性化和反馈线性化的思想,这部分内容对于希望将非线性系统转化为可控的线性系统框架的控制工程师来说,简直是及时雨。它清晰地展示了在什么条件下,我们可以用线性化的工具去逼近和控制非线性系统,以及这种逼近的局限性在哪里。 我尤其赞赏它对**鲁棒性(Robustness)**的强调。在真实的物理世界中,模型参数总是有误差的,外部扰动也无法避免。这本书没有回避这个问题,而是通过引入耗散系统和结构稳定性等概念,让读者明白,一个好的非线性模型和控制策略,必须能够容忍一定程度的模型失配。相比一些只关注理想情况的教材,这种对“不完美性”的接纳和处理,让这本书的实用价值大大提升。读完后,你会更少地去追求那个“完美无扰”的理想解,转而关注系统在现实工况下的**生存能力**。

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