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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:1995-08-01

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780071132954

丛书系列:

图书标签:

• 控制系统
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现代控制理论与应用：系统动力学、鲁棒性与优化控制 图书简介 本书旨在全面阐述现代控制理论的核心概念、分析工具及其在复杂工程系统中的实际应用。它超越了经典控制的局限，深入探讨了状态空间建模、现代系统分析方法、先进的控制器设计技术，以及如何应对现实世界中不确定性和约束条件带来的挑战。本书的结构设计旨在引导读者从基础的数学描述过渡到高级的系统优化与性能保障，为工程师和研究人员提供一个坚实的理论与实践框架。 第一部分：系统建模与状态空间描述 现代控制理论的基石在于对系统内部动态行为的精确刻画。本书首先建立了连续时间和离散时间线性时不变（LTI）系统的标准状态空间表示。 状态空间表示的构建： 我们详细讨论了如何从物理系统的微分方程或传递函数出发，推导出系统的状态空间模型。这包括对可控规范形（Controllable Canonical Form）和可观测规范形（Observable Canonical Form）的深入分析，它们是理解系统内在结构的关键。 系统性质的分析： 系统的可控性（Controllability）和可观测性（Observability）是设计有效控制器的先决条件。本书利用李雅普诺夫判据和矩阵秩分析，系统地阐述了如何判定系统的这些基本属性。对于不可控或不可观测的子系统，我们探讨了如何通过模态分解来理解其对整体系统行为的影响。 线性系统的时域响应分析： 重点分析了系统的状态转移矩阵 $Phi(t)$ 的计算方法及其在求解自由响应和强迫响应中的作用。结合系统的极点位置，我们深入分析了系统的稳定性（渐近稳定、指数稳定）及其对瞬态和稳态性能的影响。 第二部分：线性系统的分析与设计基础 在建立了可靠的模型之后，本书转向使用现代工具对系统性能进行分析和设计。 李雅普诺夫稳定性理论： 作为非线性系统分析的基础，李雅普诺夫直接法被应用于LTI系统的稳定性判据。本书详细介绍了定常李雅普诺夫方程的求解及其在判断系统稳定性和评估性能方面的强大能力。 极点配置（Pole Placement）与状态反馈控制： 状态反馈控制是现代控制设计的核心技术之一。我们系统地介绍了如何通过选择适当的状态反馈增益 $K$ 来将系统的闭环极点任意配置到复平面的期望位置，从而满足特定的瞬态响应要求。这部分内容涵盖了 Ackermann 公式和通过可控规范形进行的配置方法。 状态观测器设计： 鉴于许多实际系统无法直接测量所有状态变量，状态观测器的设计至关重要。本书详细讲解了 Luenberger 观测器（全阶和简化型）的设计原理，并阐述了“分离原理”（Separation Principle），即状态反馈增益的设计与观测器增益的设计可以相互独立进行。 最小实现与模态分解： 我们探讨了系统的模态分解技术，这有助于分离系统的快动态和慢动态。通过模态分析，可以更清晰地理解控制输入对特定系统行为的影响，为设计解耦控制器奠定基础。 第三部分：先进控制理论：鲁棒性与优化 现实世界的系统总是存在模型不确定性、外部干扰和参数变化。本部分引入了处理这些复杂因素的先进方法。 输入-输出线性化与反馈线性化： 对于非线性系统，本书介绍了一种强大的技术——通过微分几何工具（如李导数）实现输入-输出线性化，将复杂的非线性系统转化为等效的线性系统，然后应用已有的线性控制设计方法，是处理高阶非线性系统的重要手段。 最优控制理论（LQR/LQG）： 线性二次型调节器（LQR）： LQR 是最优控制的基石。本书详细推导了代数黎卡提方程（Algebraic Riccati Equation, ARE），并阐述了如何通过调节性能指标函数中的权重矩阵 $Q$ 和 $R$ 来平衡状态调节的速度与控制输入的能量消耗。 线性二次高斯（LQG）控制： LQG 控制器是 LQR 与卡尔曼滤波（Kalman Filtering）的完美结合。我们深入分析了卡尔曼滤波器的设计，它提供了系统的最优状态估计，然后将最优估计用于状态反馈控制，从而在存在测量噪声的条件下实现了最优控制性能。 鲁棒控制导论： 面对模型不确定性，鲁棒控制成为确保系统性能和安全的关键。 $H_{infty}$ 控制理论基础： 本书介绍了 $H_{infty}$ 范数在衡量系统对有界能量输入（如扰动和噪声）的敏感性方面的作用。我们概述了如何通过求解一组 LMI（线性矩阵不等式）或 Riccati 方程来设计一个能够保证闭环系统 $H_{infty}$ 范数小于给定值的控制器。这确保了系统在不确定性范围内的性能下界。 鲁棒稳定性分析： 讨论了如何使用皮尔逊稳定性判据或广义特征值分析来评估系统对参数变化的敏感性，以及如何确保系统在结构微小变化下仍保持稳定性。 第四部分：离散时间系统与数字实现 随着数字控制器的普及，离散时间系统的分析和设计变得不可或缺。 离散时间系统的建模与分析： 介绍了 Z 变换及其在分析离散时间系统中的应用，以及如何将连续时间系统通过零阶保持器（ZOH）或一阶保持器转化为等效的离散时间模型。 数字控制器的设计： 详细阐述了离散时间系统的极点配置、离散状态观测器设计，以及离散时间 LQR/LQG 的实现方法。特别关注了脉冲响应、单位圆上的稳定性判据以及采样周期的选择对系统性能的影响。 总结与展望 本书的最终目标是培养读者将理论知识转化为实际工程解决方案的能力。它强调了从系统识别、模型选择到控制器综合与实现的完整设计流程。通过对线性系统理论的透彻把握，读者将能够应对航空航天、过程控制、机器人学等领域中各种复杂的动态系统挑战，并能为进一步研究非线性、自适应或智能控制打下坚实的基础。本书内容严谨，推导详细，是控制工程师和研究生不可或缺的参考书。

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对于实际的工程应用来说，对系统的鲁棒性进行分析和设计至关重要。我的关注点之一是这本书在这一方面的内容。《Linear Control System Analysis and Design》这个名字让我对其在鲁棒性方面的阐述充满期待。我希望书中能够深入探讨线性控制系统在面对参数不确定性、外部扰动等情况时的表现。例如，是否会介绍如何利用灵敏度函数来量化系统对参数变化的敏感程度？对于系统在不同不确定性模型下的性能评估，书中会有怎样的指导？我尤其感兴趣的是，在设计控制器时，如何主动考虑并提升系统的鲁棒性。书中是否会介绍一些鲁棒控制的设计方法，例如H-infinity控制或者μ-分析等（即使只是概念性的介绍），或者是在传统PID、根轨迹等设计方法中，如何结合鲁棒性考虑来调整控制器参数？如果能提供一些关于如何分析和改进系统在实际复杂环境下稳定性和性能的案例，那将是我非常看重的内容。

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翻开这本书，首先映入眼帘的是其清晰的排版和优美的插图。我注意到书中对许多关键概念的解释都配有形象的图示，这对于理解抽象的数学模型和工程原理非常有帮助。我尤其关注书中关于系统建模的部分，比如如何将实际的物理系统转化为数学模型，以及不同建模方法的优缺点。线性控制系统中的核心概念，如传递函数、零极点、稳定性判据（奈奎斯特、根轨迹、Routh-Hurwitz）等，在这本书中是如何阐述的，我感到非常好奇。我希望作者能够以一种循序渐进的方式，从最基础的概念讲起，逐步深入到更复杂的分析和设计技术。比如，关于根轨迹法，我希望能看到详细的绘制步骤和对轨迹形状与系统性能之间关系的深入分析。对于频率响应分析，是否会详细介绍Bode图、Nyquist图、Nichols图的应用，以及如何利用它们来评估系统的稳定性裕度和动态性能？书中对PID控制器参数整定方法的介绍是否会提供一些实用的技巧和指导？这些都是我非常期待的内容，希望能在这本书中找到满意的答案，并为我今后的工程实践提供坚实的理论基础和有效的工具。

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我是一名初学者，正在努力理解控制系统设计中的各个环节。这本书的书名《Linear Control System Analysis and Design》似乎非常适合我。我特别希望书中能够从最基本的设计概念开始，逐步引导读者掌握如何根据系统性能要求来选择合适的控制器。例如，对于PID控制器，我希望书中能详细解释P、I、D三个参数各自的作用，以及它们如何影响系统的响应特性，例如超调量、上升时间、稳态误差等。我希望看到书中提供一些常用的PID参数整定方法，比如Ziegler-Nichols方法，并解释这些方法的原理和适用范围。除了PID控制器，书中是否还会介绍其他类型的控制器，例如超前/滞后校正器，以及如何根据系统的频率响应特性来设计这些控制器，以改善系统的动态性能？我非常期待这本书能够用清晰易懂的语言，结合实际的例子，将这些复杂的控制设计过程变得直观和易于理解，帮助我建立起扎实的控制设计基础。

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我一直对控制系统的稳定性分析情有独钟，因为它是确保系统安全可靠运行的关键。这本书的书名《Linear Control System Analysis and Design》无疑触及了这一核心话题。我希望书中能够全面深入地讲解各种稳定性判据，不仅仅是理论上的定义，更重要的是如何将这些判据应用于实际系统的分析。例如，对于根轨迹法，我希望看到如何通过根轨迹来判断系统的稳定性，以及如何通过调整控制器参数来改善系统的稳定性。同样，对于频率响应方法，如何利用Nyquist判据和Bode图来确定系统的稳定性裕度，并理解这些裕度与系统鲁棒性之间的关系，也是我非常期待的内容。此外，我对于如何使用李雅普诺夫稳定性理论来分析非线性系统（虽然本书主要关注线性系统，但有时会涉及一些概念的迁移）或者更广泛地理解稳定性理论的深度，也有一定的兴趣。如果书中能提供一些分析复杂系统的案例，展示如何一步步地判断系统的稳定性，并针对不稳定系统提出改进方案，那将极大地提升我对这本书的满意度。

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这本书的包装实在是很精美，硬壳封面，纸张的质感也非常好，拿在手里沉甸甸的，感觉就是一本值得珍藏的书。我一直在寻找一本能系统地梳理现代控制理论基础的著作，特别是关于线性控制系统的分析和设计方面。市面上同类书籍不少，但很多都过于理论化，或者只侧重于某一方面的讲解，难以形成一个完整的知识体系。我希望能找到一本既有严谨的理论推导，又能结合实际应用，指导设计思路的书。这本书的名字《Linear Control System Analysis and Design》恰好点出了我最关注的两个核心内容。我对书中是否能深入浅出地讲解状态空间方法、根轨迹法、频率响应分析以及各种控制器（PID、超前滞后等）的设计原理和实现步骤非常感兴趣。尤其希望书中能提供一些典型的工程实例，展示如何运用这些理论知识解决实际问题，例如如何分析系统的稳定性、如何优化系统的动态响应，以及如何处理一些常见的系统不确定性。如果书中能对离散时间系统也有所涉猎，那就更完美了。我非常期待这本书能够满足我在这方面的求知欲，成为我学习和研究线性控制系统的一本得力助手。

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