区域稳定性约束鲁棒控制理论及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:138

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出版时间:2009-2

价格:35.00元

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isbn号码:9787030238436

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• 鲁棒控制
• 区域稳定性
• 约束控制
• 系统控制
• 控制理论
• 稳定性分析
• 应用研究
• 工程控制
• 数学模型
• 优化算法

区域稳定性约束下的鲁棒控制：理论基石与实践拓展 本书深入探讨了在存在不确定性、外部干扰以及系统固有的非线性特性时，如何设计并实现能够保证系统在特定区域内稳定运行的鲁棒控制策略。我们聚焦于“区域稳定性”这一核心概念，它不仅仅要求系统最终趋于平衡点，更强调系统状态在整个运行过程中被限制在一个预设的安全或性能区域之内。 理论篇 在理论层面，本书首先系统地梳理了鲁棒控制的经典理论框架，包括H∞控制、LMI（线性矩阵不等式）方法、滑模控制等，并在此基础上，着重阐述了如何将“区域稳定性”的约束融入这些控制理论的构建之中。 区域稳定性概念的深化： 我们详细分析了不同类型的区域稳定性，如球形区域、凸多面体区域、以及更一般形状的区域。针对每种区域，我们探讨了其几何特性对控制设计的影响，以及如何利用Lyapunov函数、不变集理论等数学工具来刻画和证明系统处于这些区域内部。 不确定性建模与区域鲁棒性： 针对系统模型中的各种不确定性（结构性不确定性、参数不确定性、外部扰动等），本书提供了系统的建模方法，并着重研究如何设计能够在所有可能的不确定性集合下，仍能保证系统状态不越出指定区域的控制器。这部分内容涵盖了参数不确定性下的LMI方法、区间不确定性下的鲁棒H∞控制以及基于集约理论的不确定性分析。 非线性系统与区域鲁棒控制： 许多实际系统表现出显著的非线性。本书将重点放在如何为非线性系统设计区域鲁棒控制器。我们将介绍一种或多种方法，例如： 增益调度与分段鲁棒控制： 将复杂非线性系统划分为多个工作点附近的线性区域，并为每个区域设计相应的鲁棒控制器，通过增益调度机制平滑切换。 基于李雅普诺夫函数的非线性区域鲁棒设计： 利用广义李雅普诺夫函数和平方可积（L2）增益的概念，建立系统状态与区域约束之间的数学联系，并推导出相应的控制器设计方法。 李代数方法与区域不变性： 对于具有特定李代数结构的非线性系统，我们将探讨如何利用其内在的代数性质来构造保证区域不变性的控制器。 动态约束与区域鲁棒控制： 在某些应用场景下，区域稳定性本身可能不是静态的，而是随时间演化的。本书也将触及如何处理这类动态区域约束，例如，当需要系统状态在一段时间内保持在一个逐渐收缩或扩展的区域内。 应用篇 理论的生命力在于实践。本书的另一重要组成部分是将上述理论成果应用于具体的工程领域，展示区域稳定性约束鲁棒控制在解决实际问题中的有效性。 飞行器姿态与轨迹控制： 在航空航天领域，飞行器的稳定性和安全性至关重要。本书将详细分析如何应用区域鲁棒控制来保证飞行器在各种飞行姿态（如大迎角、滚转）以及复杂气动环境下，其姿态角、角速度或高度等关键参数不越出预设的安全包线。 机器人运动规划与操作： 机器人在执行精密操作时，需要保证末端执行器或本体不发生碰撞，并在执行任务的过程中保持预定的工作空间。本书将探讨如何设计鲁棒控制器，使得机器人在存在模型误差、外部扰动以及传感器噪声的情况下，其轨迹能够平滑且安全地在规划好的工作空间内完成。 电力系统暂态稳定与频率控制： 电力系统在故障扰动下容易发生频率波动，导致系统失步。本书将展示如何利用区域鲁棒控制技术，设计能够快速响应扰动并保证系统频率、电压等参数始终维持在安全运行区域的控制器。 化工过程安全与优化： 化工反应过程中，温度、压力、浓度等关键参数的偏差可能导致反应失控或产品质量下降。本书将讨论如何设计鲁棒控制器，将这些参数严格限制在安全且高效的工艺窗口之内。 智能交通系统与车辆协同控制： 在智能交通环境中，多车辆间的协同控制需要保证车辆之间不发生碰撞，并保持在各自的车道内。本书将分析如何应用区域鲁棒控制，实现车辆在不确定交通流和通信延迟下的安全、高效协同行驶。 本书特色 系统性与前沿性相结合： 既涵盖了鲁棒控制和区域稳定性的经典理论，又深入探讨了近年来在这些领域取得的新进展和新方法。 理论严谨与工程实用并重： 理论推导严谨，证明过程详细，同时提供了丰富的工程实例和仿真分析，帮助读者理解理论的应用价值。 多学科交叉视角： 融合了控制理论、数学、以及不同工程应用领域的知识，为读者提供更广阔的视野。 本书旨在为从事自动控制、航空航天、机器人、电气工程、机械工程、化学工程等领域的科研人员、工程师以及高年级本科生和研究生提供一本深入而实用的参考书籍。通过对区域稳定性约束鲁棒控制理论的深入理解和掌握，读者将能够设计出更加安全、可靠和高效的控制系统，以应对日益复杂和充满挑战的工程实际问题。

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坦白说，我对这类理论性极强的书籍的阅读体验往往是比较苛刻的，因为很多作者在理论推导上非常扎实，但在软件实现和仿真验证环节却往往草草收场。我非常关注这本书在“应用”部分的处理。如果它仅仅停留在 LMI（线性矩阵不等式）的求解层面，那么它的价值会局限在纯理论研究者手中。我真正期待看到的是，作者能否提供一套清晰的、可复现的仿真流程，最好是能结合主流的控制系统设计软件（比如 MATLAB/Simulink 或 Python 的相关库）。例如，在展示一个三维系统的区域约束控制时，能否配有详细的仿真截图或动画描述，直观地展示系统轨迹是如何被“引导”进预设的安全区域并保持在那里的？这种从抽象数学到具体代码的桥梁，才是决定一本控制理论著作能否真正走向工程实践的关键所在。

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从结构上看，这本书的逻辑组织似乎非常注重“问题导向”。我注意到，每一章节的开头都似乎设定了一个具体的工程挑战——也许是电网的频率稳定，也许是机器人的精确抓取——然后才引出解决该挑战所需的理论工具。这种叙事手法，极大地提升了阅读的代入感和学习的主动性。我尤其好奇作者是如何处理“鲁棒性”与“区域约束”之间潜在的矛盾的。毕竟，增加对稳定区域的严格限制，往往会以牺牲系统的动态响应速度或控制器的复杂度为代价。我期待看到作者展示如何在这些相互冲突的目标之间找到最佳平衡点，这才是真正的工程艺术。如果书中能够详细分析不同鲁棒设计方法（如 $H_2$ 还是 $H_{infty}$ 框架）在满足特定区域稳定性时的优劣势，并给出量化的比较，那么这本书的实用价值将得到指数级的提升。

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这本书的文字风格，至少在我初步浏览的章节中，展现出一种罕见的、近乎学术散文的严谨与流畅。它没有采取那种堆砌公式、让人望而生畏的传统教科书写法，而是更像一位经验丰富的导师在与你进行深入的对话。我特别欣赏作者在引入复杂概念时所采用的类比和铺垫，这对于那些初次接触鲁棒控制“前沿”的读者来说，无疑是极大的福音。例如，在讨论如何处理传感器噪声和执行器饱和这种常见的物理限制时，作者没有直接抛出复杂的矩阵不等式，而是先从一个日常的例子入手，逐步引导读者理解“约束”对系统性能的本质影响。这种循序渐进的教学方式，让原本晦涩难懂的控制设计过程，变得清晰可见。如果书的后续部分能保持这种高水准的叙述，并辅以高质量的图表来解释抽象的数学空间，那么它绝对有潜力成为跨学科研究人员的“案头必备”。

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这本书的封面设计和排版确实挺吸引人的，初看之下，感觉它瞄准了一个非常专业且前沿的控制理论领域。我本来以为它会深入探讨一些经典的鲁棒控制方法，比如 $mathcal{H}_{infty}$ 控制或者滑模控制，毕竟这些是处理不确定性问题的基石。然而，当我翻阅目录时，我发现它似乎更多地聚焦于“区域稳定性”这个特定的约束条件，这立刻让我感到一种新奇感。通常我们谈论稳定性时，关注点往往在于平衡点或极限环的局部稳定性，而将稳定性限定在一个特定的、可能有物理意义的几何区域内，这无疑对实际工程应用，比如飞行器轨迹跟踪或化学反应器的安全运行，具有极强的指导价值。我期望书中能详尽地阐述如何将这种区域约束转化为可计算的数学条件，比如通过李雅普诺夫函数或平面区域分析法。如果它能提供丰富的案例，展示如何处理高维系统中的非凸区域问题，那这本书的价值就远超一本普通的控制理论教材了。我非常期待看到作者如何巧妙地平衡理论的严谨性和工程实践的可操作性。

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这本书的潜在读者群似乎定位得非常精准，主要面向高阶控制理论的研究生以及需要处理复杂工业系统安全性和约束性的工程师。从目录的深度来看，它显然不适合初学者。我注意到书中对非线性系统的处理似乎也占有相当比重，这非常符合当前控制领域的研究热点。非线性系统的稳定性分析本身就充满挑战，再叠加区域约束和外部不确定性，问题复杂度呈指数级上升。我尤其关注作者是否引入了现代微分几何或拓扑学的方法来刻画这些复杂的稳定区域。如果书中能提供一些关于如何在线估计系统不确定性范围并动态调整区域边界的先进算法，那这本书无疑将成为该领域的里程碑式的参考书。它的价值将不仅仅在于“教你如何做”，更在于“启发你如何思考”在高度不确定和高度受限的环境下，控制系统的本质应该如何被重新定义。

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