Fundamentals Of Kalman Filtering pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:AIAA (American Institute of Aeronautics & Ast.)

作者:Zarchan, Paul/ Musoff, Howard

出品人:

页数:765

译者:

出版时间:2005-4

价格:$124.95 (￥859.66)

装帧:Hardcover

isbn号码:9781563476945

丛书系列:

图书标签:

卡尔曼滤波
状态估计
最优估计
控制理论
信号处理
导航
机器人
机器学习
系统建模
滤波算法

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具体描述

Product Description

This text is a practical guide to building Kalman filters and shows how the filtering equations can be applied to real-life problems. Numerous examples are presented in detail, showing the many ways in which Kalman filters can be designed. Computer code written in FORTRAN, MATLAB[registered], and True BASIC accompanies all of the examples so that the interested reader can verify concepts and explore issues beyond the scope of the text. Sometimes mistakes are introduced intentionally to the initial filter designs to show the reader what happens when the filter is not working properly. The text spends a great deal of time setting up a problem before the Kalman filter is actually formulated to give the reader an intuitive feel for the problem being addressed. Real problems are seldom presented in the form of differential equations and they usually do not have unique solutions. Therefore, the authors illustrate several different filtering approaches for tackling a problem. Readers will gain experience in software and performance tradeoffs for determining the best filtering approach for the application at hand. The second edition has two new chapters and an additional appendix. In the first new chapter, a recursive digital filter known as the fading memory filter is introduced and it is shown that for some radar tracking applications the fading memory filter can yield similar performance to a Kalman filter at far less computational cost. A second new chapter presents techniques for improving Kalman filter performance. Included is a practical method for preprocessing measurement data when there are too many measurements for the filter to utilize in a given amount of time. The chapter also contains practical methods for making the Kalman filter adaptive. A new appendix has been added which serves as a central location and summary for the text's most important concepts and formulas. MATLAB is a registered trademark of The MathWorks, Inc.

好的，这是一本名为《经典控制系统设计与实现》的图书的详细简介，内容涵盖了控制理论的基石、现代控制方法的应用，以及实际工程中的设计与实现考量，完全不涉及卡尔曼滤波的内容。 --- 经典控制系统设计与实现导言：控制工程的基石与现代应用本书旨在为读者提供一套全面而深入的经典控制系统理论与工程实践指南。在当今技术飞速发展的时代，精确、可靠的系统控制能力已成为航空航天、机器人、过程工业乃至能源管理等诸多领域的核心竞争力。本书聚焦于反馈控制系统的基本原理、分析工具以及经典的、久经考验的设计方法，为工程师和研究人员奠定坚实的理论基础。我们深知，一个稳健的控制系统不仅需要深厚的数学功底，更要求对物理过程有深刻的理解。因此，本书结构上遵循从基础理论到高级应用的逻辑顺序，辅以大量的工程实例，确保理论知识能够有效地转化为实际的系统性能提升。第一部分：系统建模与时域分析基础控制系统的起点是对被控对象（Plant）的精确数学描述。本部分将系统地介绍如何建立描述动态系统的数学模型，并为后续的分析和设计工作打下基础。第1章：动态系统描述与传递函数本章深入探讨了线性时不变（LTI）系统的基本特性。我们将从微分方程出发，详细推导传递函数的概念及其在复频域（s域）中的表达形式。重点讨论系统的结构分析，包括零点、极点对系统响应特性的影响，以及如何利用传递函数对复杂系统进行框图简化。此外，还将介绍系统的结构化分解方法，例如并联、串联和反馈连接的代数表示。第2章：时域响应分析与性能指标系统在特定输入（如单位阶跃、单位脉冲）下的行为是衡量其性能的关键。本章详述了系统的一阶和二阶动态响应的解析解，并引入了时间常数、上升时间、超调量、调节时间等关键性能指标。对于高阶系统，我们将介绍如何利用主导极点近似原理来简化分析，从而快速评估系统的主要动态特性。本章还将系统地考察稳态误差的计算方法，包括使用静态误差常数 $K_p, K_v, K_a$ 来量化系统跟踪能力。第3章：系统的稳定性判据稳定性是控制系统的生命线。本章聚焦于判断系统是否稳定的经典判据。我们将详细讲解代数判据，包括著名的 Routh-Hurwitz 判据及其在判断闭环系统稳定性中的应用。同时，本章会探讨如何利用极点在复平面上的位置直接判断系统的稳定性（渐近稳定、临界稳定或不稳定）。第二部分：频率域分析与设计频率响应分析方法因其直观性和对系统裕度的敏感性，在工程实践中占据核心地位。本部分将带领读者掌握如何从频率域角度全面评估和改进系统性能。第4章：频率响应特性与伯德图本章引入了频率响应的概念，即系统对不同频率正弦输入的稳态响应。我们将详尽介绍伯德图（Bode Plot）的绘制方法、特性分析以及其在确定系统带宽和增益裕度中的作用。通过伯德图，读者可以直观地理解系统在高低频段的行为，并识别潜在的噪声放大或低频跟踪不足的问题。第5章：奈奎斯特图与Nyquist判据奈奎斯特图（Nyquist Plot）提供了一种强大的、基于复平面的稳定性判据。本章详细阐述了奈奎斯特稳定性判据的原理，包括对开环传递函数与 $-1$ 点相对位置的分析。重点讲解如何利用增益裕度（GM）和相位裕度（PM）来量化系统的鲁棒性，这是衡量系统抵抗不确定性能力的重要指标。第6章：根轨迹法与系统设计根轨迹法（Root Locus）是设计控制器的核心工具之一，它描绘了系统极点随开环增益变化的轨迹。本章将系统介绍根轨迹的绘制规则，包括渐近线、虚轴穿越点和零度角。通过根轨迹，工程师可以直观地选择合适的增益 $K$ 以满足预设的瞬态响应要求（如超调量和调节时间），从而实现系统性能的精确调控。第三部分：经典控制器设计与补偿在明确了系统的性能要求和分析工具后，本部分转向如何设计合适的控制器（补偿器）以弥补开环系统的不足，实现期望的闭环性能。第7章：PID 控制器原理与整定比例-积分-微分（PID）控制器是工业控制领域应用最广泛的控制器结构。本章深入分析了 P、I、D 三项对系统时域响应和稳定性的独立贡献。我们将系统介绍Ziegler-Nichols 方法（周期法和衰减法），以及基于性能指标优化的手工整定技巧，并探讨积分饱和和微分噪声等实际工程中的挑战及应对策略。第8章：超前与滞后补偿器设计当PID控制不足以满足要求时，需要引入更精细的补偿策略。本章重点讲解了相位超前（Lead）和相位滞后（Lag）补偿器的设计与实现。超前补偿：如何利用Lead网络在不显著降低带宽的前提下，增加系统的相位裕度，以改善瞬态响应。滞后补偿：如何利用Lag网络在改善系统稳态误差的同时，保持或适度降低系统带宽，以提高系统的鲁棒性。本章将结合伯德图和根轨迹法，详细指导读者如何系统地设计出满足特定增益裕度和稳态误差要求的补偿器。第9章：零极点配置与状态反馈基础本章导向现代控制理论，但仍基于经典框架进行阐述。我们将介绍如何通过选择合适的零极点配置来直接设定闭环极点的位置，以实现期望的动态特性。在此基础上，简要介绍状态反馈的基本概念，包括可控性与可观测性的判断，为系统状态空间描述的分析做好铺垫。第四部分：系统实现与实验验证理论设计最终需要落实到硬件和软件中。本部分强调理论模型与实际系统之间的桥梁。第10章：离散时间系统分析基础在实际的数字控制系统中，信号是经过采样的。本章将介绍如何将连续时间系统模型（s域）转换为离散时间模型（z域）。我们将详细推导零阶保持器（ZOH）对系统动态的影响，并介绍双线性变换法在模型转换中的应用，为使用数字处理器实现控制算法做准备。第11章：工程案例分析与仿真本章通过详细的工程案例，演示如何将前述的理论方法应用于实际问题。案例将涵盖机械臂的位置控制、温度过程控制等。我们将使用标准的仿真工具，对比不同控制策略（如PID、PID+补偿器）对同一系统的实际效果，并强调在仿真环境中验证稳定性和性能的必要性。 --- 目标读者：自动控制、电子工程、机械工程、航空航天、过程控制等领域的本科高年级学生、研究生以及从事系统设计与调试的工程师。本书力求在理论的严谨性与工程的可操作性之间取得完美平衡，是系统控制领域一本不可或缺的参考手册。