Linear Control Systems Analysis and Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill Education (ISE Editions)

作者:John J. D'Azzo

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1988-06-01

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780071001915

丛书系列:

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• 控制系统
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• 工程控制

现代控制理论：从基础到前沿的系统动力学与控制设计 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代控制理论视角，涵盖从经典控制到前沿自适应、最优控制的广阔领域。本书的结构设计旨在平衡理论的严谨性与工程实践的可操作性，特别强调系统建模、性能分析、以及鲁棒、高效的控制器设计方法。 --- 第一部分：系统基础与时域分析 (Foundations and Time-Domain Analysis) 本部分为理解后续复杂控制策略奠定坚实的基础，重点关注系统的基本描述、建模方法以及在时间域内的性能评估。 第1章：控制系统的基本概念与分类 深入探讨控制系统的基本构成要素（传感器、执行器、控制器）和反馈机制的原理。系统地介绍线性与非线性系统、连续时间系统与离散时间系统的本质区别。详细讨论了开环与闭环控制的优缺点，并引入了系统动态性能指标，如上升时间、超调量、稳定裕度和稳态误差，为后续的性能优化目标提供量化标准。 第2章：线性时不变 (LTI) 系统的建模与描述 本章聚焦于如何将实际物理过程（如机械、电气、热力系统）转化为数学模型。详细阐述了微分方程表示法、状态空间表示法 (State-Space Representation) 的构建过程。重点讲解了如何利用拉普拉斯变换（针对连续系统）和Z变换（针对离散系统）进行系统框图的代数简化，并引入了传递函数 (Transfer Function) 的概念及其在单输入单输出（SISO）系统分析中的核心地位。 第3章：时域响应分析与稳定性判据 本章深入分析系统在标准输入信号（如单位阶跃、单位脉冲）作用下的动态行为。详细推导并分析了二阶系统的典型响应特性。在稳定性方面，本书严格阐述了李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性理论的几何意义与代数应用，并全面对比了Routh-Hurwitz 判据在代数域中的应用，以及根轨迹 (Root Locus) 方法在分析闭环极点位置与增益变化关系中的直观性和实用性。 --- 第二部分：频域分析与经典控制设计 (Frequency-Domain Analysis and Classical Design) 本部分将视角从时间域转移到频率域，利用傅立叶分析的强大工具来评估系统的相对稳定性和抗干扰能力，并介绍基于频域特性的经典设计方法。 第4章：频率响应与波特图分析 系统地介绍频率响应的概念，如何通过将输入信号的频率代入系统的传递函数得到输出的频率响应。详细讲解了波特图 (Bode Plot) 的绘制与解读，包括增益裕度 (Gain Margin) 和相位裕度 (Phase Margin) 这两个至关重要的相对稳定性指标。同时，引入了奈奎斯特 (Nyquist) 稳定性判据，阐述其在判断复杂系统闭环稳定性方面的普适性。 第5章：经典控制器设计：PID 及其改进 本章是工程实践的核心。全面讲解了比例-积分-微分 (PID) 控制器的原理、参数对系统动态特性的影响（P、I、D 各项的贡献）。本书不仅停留在理论层面，更详细讨论了PID 参数的整定方法，包括 Ziegler-Nichols 方法的工程应用与局限性，以及基于频域指标（如相位裕度要求）的精确设计流程。此外，还探讨了前馈控制 (Feedforward Control) 在减少扰动影响方面的应用。 第6章：根轨迹法在控制器设计中的应用 深入挖掘根轨迹的构造规则和工程意义。重点展示如何利用根轨迹图来指导补偿器的设计，例如添加超前/滞后补偿器 (Lead/Lag Compensators)，以精确地将闭环极点放置在期望的位置，从而达到提高系统带宽、优化瞬态响应和提高稳态精度的设计目标。 --- 第三部分：现代控制理论：状态空间方法 (Modern Control Theory: State-Space Approach) 本部分转向更强大的状态空间描述，为处理多输入多输出 (MIMO) 系统和非线性系统打下坚实基础。 第7章：状态空间表示法与系统分析 详述状态空间模型的建立，包括对物理系统的状态变量选取。重点介绍系统的可控性 (Controllability) 和可观测性 (Observability) 判据（利用 Gramian 矩阵），这是设计状态反馈控制器和观测器的前提条件。深入探讨系统的模态分解（对角化），理解系统内部动态行为的解耦和耦合特性。 第8章：状态反馈控制与极点配置 本章核心在于极点配置 (Pole Placement) 技术。详细推导了如何通过全状态反馈 $u = -Kx$ 将闭环系统的极点任意配置到复平面上的期望位置，从而完全重塑系统动态行为。同时，详细阐述了观测器设计（如 Luenberger 观测器），用于估计不可测量的状态变量，并结合状态反馈设计出完整的状态反馈控制律。 第9章：最优控制基础：LQR 设计 引入性能指标函数的概念，特别是二次型性能指标 (Quadratic Performance Index)。系统地推导线性二次型调节器 (LQR) 的设计过程，强调其与极点配置的区别——LQR 是在最小化性能指标的约束下自动确定最优的反馈增益 $K$，确保了系统性能和稳定性的平衡。 --- 第四部分：鲁棒性、不确定性与高级主题 (Robustness, Uncertainty, and Advanced Topics) 本部分将理论推向工程应用的前沿，关注在实际存在建模误差和外部扰动时的系统性能。 第10章：系统辨识与模型不确定性 认识到“完美模型”在现实中不存在，本章探讨如何从实验数据中辨识系统的动态模型（系统辨识的初步概念）。重点分析模型不确定性对闭环性能的冲击，为下一章的鲁棒控制奠定动机。讨论如何通过摄动分析评估系统的鲁棒性裕度。 第11章：鲁棒控制导论：H∞ 理论概述 对现代控制理论中最具影响力的分支之一——$H_{infty}$ 控制进行入门级介绍。阐述 $H_{infty}$ 控制的目标是最小化系统对最坏情况扰动的敏感度，而非传统方法仅关注特定参考信号。简要介绍其在处理外部噪声、传感器误差和模型不确定性时的优势，以及其设计过程的基本框架（如约化问题）。 第12章：先进主题：非线性和自适应控制简介 对现代控制的两大重要扩展领域进行概述： 1. 非线性系统基础： 介绍相平面分析法（Phase Plane Analysis）和李雅普诺夫稳定性理论在非线性系统中的直接应用，避免了线性化带来的局限性。 2. 自适应控制 (Adaptive Control)： 解释当系统参数随时间变化或完全未知时，如何通过在线估计参数并实时调整控制器增益来实现跟踪或稳定，介绍最基本的间接自适应控制和直接自适应控制的原理。 --- 本书的特点在于其结构化的逻辑推进：从直观的时域响应开始，过渡到成熟的频域分析，再升华到强大的状态空间方法，最终落脚于处理实际工程中不可避免的鲁棒性和不确定性问题。全书贯穿着从理论推导到实际工程应用的桥梁，力求培养读者解决复杂动态系统控制难题的综合能力。

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拿起《Linear Control Systems Analysis and Design》这本书，我的第一反应是它那扎实的封面设计，给人的感觉就是内容也同样“硬核”。我当时正在进行一项关于动态系统建模的项目，对于如何从物理原理出发，建立准确、可用的数学模型，以及如何分析这些模型的特性，感到有些力不从心。我非常希望能在这本书中找到关于“建模方法论”的系统介绍，比如如何选择合适的模型复杂度，如何处理非线性系统在局部线性化后的问题，以及模型参数辨识的技巧。更重要的是，我希望它能深入讲解“系统辨识”这个主题，因为在很多实际工程问题中，我们无法直接获得系统的精确模型，而需要从实验数据中去估计。这本书的标题里包含了“Analysis and Design”，这让我对它在模型分析和控制器设计之间的连接寄予厚望。我希望它能清晰地展示，如何根据模型的分析结果，来指导控制器参数的整定，从而达到预期的性能指标。如果书中能够提供一些关于模型验证和控制器性能评估的度量标准和方法，那就更令人欣喜了，这将直接关系到我项目的最终成败。

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说实话，我之所以会选择《Linear Control Systems Analysis and Design》这本教材，很大程度上是因为我对“反馈控制”这个核心概念有着近乎痴迷的理解渴望。在我的学习和工作中，我越来越意识到，无论是多么复杂的系统，最终的性能都离不开巧妙的反馈机制。我希望这本书能够不仅仅是停留在教科书式的定义和公式推导，而是能够深入剖析反馈的本质，以及不同类型的反馈（例如比例、积分、微分反馈）如何协同作用，产生丰富的动态特性。我尤其期待书中能够对“瞬态响应”和“稳态误差”这两个关键性能指标进行详尽的分析，并给出如何通过控制器设计来优化这些指标的指导。我希望它能提供一些直观的解释，让我们能够理解为什么特定的控制器参数组合会带来特定的系统表现。此外，我还对书中关于“频率响应分析”的部分非常感兴趣，特别是关于“增益裕度”和“相位裕度”的讨论。我希望通过阅读，能够真正理解这些裕度对系统稳定性和鲁棒性的意义，并学会如何利用它们来指导控制器的设计，以确保系统在面对外部干扰时依然能够保持良好的性能。这本书能否帮助我建立起一种“直觉”，让我能够“看到”系统的动态行为，将是我评价它的重要标准。

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坦白说，我当初选择购买《Linear Control Systems Analysis and Design》这本书，很大程度上是被它在专业领域的声誉所吸引。在我看来，一本好的工程类教科书，不仅仅是知识的堆砌，更是一种思维方式的引导。我尤其关注书中在“鲁棒控制”和“最优控制”等前沿领域是否有深入的探讨。在当今复杂多变的工程环境中，系统往往面临着不确定性和扰动，如何设计出在各种非理想条件下都能稳定可靠运行的控制器，是我一直在思考和探索的问题。这本书的名字暗示了它在这方面会有所建树，我期待它能为我提供一些全新的视角和解决思路。我希望能看到书中对这些高级概念的推导过程清晰明了，数学工具的运用恰到好处，而不是为了炫技而堆砌复杂的公式。同时，我也希望这本书能够注重理论与实践的结合，提供一些能够指导实际工程应用的具体方法和案例，而不仅仅停留在理论层面。如果书中能够附带一些有助于理解和实现的仿真代码或者设计流程，那就更完美了。总而言之，我希望这本书能够帮助我拓展我的知识边界，提升我的设计能力，让我能够更好地应对未来工程设计中的挑战。

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我必须承认，当我拿到这本《Linear Control Systems Analysis and Design》时，我的心情是相当复杂的。一方面，我确实对控制系统领域有着浓厚的兴趣，尤其是那些能够清晰阐述复杂概念、提供实用工具的书籍。另一方面，我也有过一些不愉快的阅读体验，比如有些书虽然标题光鲜，内容却空泛乏味，或者过于理论化，脱离实际。所以，当我翻开这本书的时候，我带着一种审慎的乐观。我先是被它严谨的结构所吸引，序言部分似乎就已经奠定了坚实的理论基础，让我对接下来要学习的内容充满信心。我尤其留意了书中关于“PID控制”的章节，这是一种在工业界广泛应用的技术，但往往其调参过程却充满了试错和经验主义。我希望这本书能够提供一种更系统、更科学的PID设计方法，让我能够摆脱“调参工程师”的帽子，成为一个真正的“设计者”。此外，我还期待书中能有丰富的实例分析，能够将抽象的数学模型与真实的工程应用联系起来，比如在航空航天、机器人或者电力系统等领域，用实际案例来印证理论的有效性。如果这本书能够做到这一点，那它无疑将成为我书架上的一件珍品，一本能够指引我不断进步的良师益友。

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这本书，哦，说实话，我拿到手的时候，满怀期待，毕竟“Linear Control Systems Analysis and Design”这个名字听起来就相当的扎实，直击要害。我当时正处于一个攻克某个棘手控制问题的瓶颈期，手里就缺一本能够帮我理清思路、提供系统性方法的宝典。翻开目录，那些熟悉又陌生的名词跳出来，像是老友重逢，又像是等待被重新认识的挑战。比如，看着“状态空间法”那一章，我脑海里立刻闪过实验室里那些复杂的模型和仿真结果，想着这本书会如何把理论与实践的鸿沟填平。我尤其关注的是“稳定性分析”的部分，这可是控制系统的灵魂所在，没有稳，何谈准？还有“根轨迹”、“奈奎斯特图”这些经典的工具，我期望能从中找到更深刻的理解，不仅仅是会画图，而是能真正洞悉其背后的物理意义和设计启示。这本书的装帧也很让我满意，纸张的质感，印刷的清晰度，都给人一种专业、可靠的感觉，这对于一本需要反复查阅的参考书来说，至关重要。我甚至还特意留意了一下它的索引，希望它能足够详尽，让我在需要查找某个具体概念时，能迅速定位，节省宝贵的研究时间。总的来说，我对这本书的初印象是，它承载着我解决工程难题的希望，是通往更深层次控制理论理解的一扇门，我迫不及待地想在这扇门后一探究竟。

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