Control Nonlinear And Hybrid Process Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Christofides, Panagiotis D./ El-Farra, Nael

出品人:

页数:444

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价格:309

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isbn号码:9783540284567

丛书系列:

图书标签:

• Control Systems
• Nonlinear Systems
• Hybrid Systems
• Process Control
• Modeling
• Optimization
• Stability Analysis
• Robust Control
• Adaptive Control
• Applications

现代控制理论与工程实践：系统分析、设计与优化 图书简介 本书旨在为读者提供一套全面而深入的现代控制理论基础知识，并着重强调其在复杂工程系统中的实际应用与工程化解决方案。全书结构严谨，内容覆盖了经典控制理论向现代控制理论过渡的关键环节，并深入探讨了面向实际工业挑战的先进控制技术。本书特别关注系统建模、状态空间表示、现代控制器设计以及面向实际性能指标的优化策略。 第一部分：系统建模与经典控制回顾 本部分首先从数学角度系统地阐述了动态系统的基本概念。重点在于如何将物理系统（如机电系统、热力系统、化学过程等）转化为可分析的数学模型。 动态系统的基本特性： 深入讨论线性与非线性系统的定义、因果性、时不变性与时变性。引入了系统的稳定性（李雅普诺夫稳定性、BIBO稳定性）的严谨分析方法。 经典控制理论的巩固： 对拉普拉斯变换、传递函数表示法进行复习和深化，着重分析其在单输入单输出（SISO）系统中的局限性，为引入状态空间方法做铺垫。详细介绍了频域分析工具，如波德图、奈奎斯特图在初步系统性能评估中的作用。 系统辨识基础： 介绍了从实验数据中提取系统动态特性的初步方法，包括参数估计和结构辨识的基础概念，为后续的精确模型构建打下基础。 第二部分：状态空间方法与现代控制基础 本部分是本书的核心，系统地介绍了状态空间表示法及其在多输入多输出（MIMO）系统分析中的优越性。 状态空间建模： 详述如何将高阶微分方程转化为标准状态空间形式 $dot{mathbf{x}} = mathbf{Ax} + mathbf{Bu}$ 和输出方程 $mathbf{y} = mathbf{Cx} + mathbf{Du}$。重点分析了系统矩阵 $mathbf{A}$ 的特征，特别是其与系统固有动态特性的关系。 系统分析： 深入探讨状态空间模型下的系统特性分析，包括可控性和可观测性的判据（行列式判据和图解法）。详细阐述了如何通过坐标变换（如约旦标准型、能控标准型、能观标准型）来简化系统分析和控制器设计。 状态观测器设计： 鉴于实际中状态变量往往无法直接测量，本章详细介绍了卡尔曼-巴赛尔斯（Kalman-Bucy）观测器的设计原理。分析了全阶观测器和降阶观测器的实现，以及观测器误差动态的稳定性分析。 第三部分：现代反馈控制器的设计 本部分聚焦于如何利用现代控制理论工具设计高性能的反馈控制器，以满足特定的瞬态响应和稳态精度要求。 状态反馈极点配置： 详细讲解了使用全状态反馈 $mathbf{u} = -mathbf{Kx}$ 来任意配置闭环系统特征多项式的原理和步骤。讨论了极点配置的可行性（基于可控性）以及在实际工程中选择期望极点位置的指导原则。 线性二次型调节器（LQR）： LQR 是现代控制设计中用于优化性能指标的关键工具。本章详细推导了代数黎卡提方程（ARE）的解法，并解释了如何通过调整权重矩阵 $mathbf{Q}$（状态惩罚）和 $mathbf{R}$（控制输入惩罚）来平衡系统的性能（响应速度和控制能量消耗）。 综合控制（状态估计与反馈的结合）： 详细阐述了分离原理（Separation Principle），即观测器设计与控制器设计可以独立进行的理论基础。展示了如何结合最优观测器（如卡尔曼滤波器）和状态反馈控制器，实现基于输出反馈的控制律 $mathbf{u} = -mathbf{K}hat{mathbf{x}}$。 前馈控制与扰动抑制： 探讨了如何利用前馈结构来补偿已知的、可测量的扰动或参考输入变化，以提高系统的瞬态响应质量。 第四部分：先进控制技术与鲁棒性分析 本部分扩展到解决更复杂、存在模型不确定性或非线性问题的实际工程场景。 最优控制进阶： 对变时域最优控制（Pontryagin's Minimum Principle）进行概述，并将其应用于特定的时间最优或燃料最优问题。 鲁棒控制基础： 介绍了系统不确定性的建模方式（如参数摄动模型）。重点分析了根轨迹对参数变化的敏感性以及使用对角优势分析（Diagonal Dominance）来评估控制设计的鲁棒裕度。探讨了 $mathbf{H}_{infty}$ 理论在处理有界扰动和模型误差下的性能保证的基础思想。 离散时间系统控制： 鉴于现代控制系统大多运行在数字计算机上，本章详细讲解了从连续时间系统到离散时间系统的转换（零阶保持器、双线性变换）。重点讨论了离散时间状态空间建模、Z变换在离散系统分析中的应用，以及离散时间 LQR 和极点配置的设计方法。 面向读者 本书适合于自动化、电子工程、机械工程、航空航天、过程控制等领域的高年级本科生、研究生，以及致力于提升自身控制系统设计能力的工程技术人员。阅读本书要求具备扎实的线性代数和常微分方程基础。本书力求在理论深度和工程实用性之间取得平衡，使读者不仅理解“如何做”，更能理解“为何如此做”。

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这本书的语言风格是典型的“学术严谨派”，每一个句子都像是在进行精确的定义和陈述，几乎找不到任何口语化或模棱两可的表达。这种风格的优点是极大地降低了理解上的歧义，但对于希望通过生动的比喻来辅助理解的读者来说，可能会稍显枯燥。**我注意到在讨论“网络化控制”时，它似乎采取了一种基于信息论的视角，而不是单纯依赖经典的传递函数分析，这显示了作者紧跟时代步伐的努力。** 这种处理方式要求读者不仅要理解控制理论，还要对现代通信和网络架构有所涉猎。我更看重的是书中对**稳定性判据**的全面总结，希望它能提供一个清晰的对比图表，展示不同控制策略下判据的适用范围和计算复杂度。这是一部需要坐下来，泡一杯咖啡，心无旁骛地进行深度阅读的作品，不适合碎片化的学习。

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翻开这本书，首先映入眼帘的是大量图表和数学公式，这立刻让我感觉进入了一个高强度的智力训练场。它的排版非常紧凑，几乎没有浪费任何空间，显示出编者在信息密度上的追求。我随意浏览了一下关于“滑模控制”的章节，发现它对**奇异摄动模型**的处理方式与我过去接触的几本教材有显著的不同，似乎更注重在离散时间系统中的应用拓展。那种对数学推导的毫不含糊和层层递进的严谨性，让人能清晰地追踪到每一个结论的来源。**这绝不是一本适合初学者的入门读物，它需要读者具备扎实的数学基础和对系统动力学的深刻理解。** 我注意到，书中的许多证明过程都引用了最新的国际顶级期刊论文，这表明编者在知识的时效性上做了大量的努力。总而言之，这是一部面向专业领域，对细节有着苛刻要求的“硬核”著作，阅读它本身就是对自身学术功底的一次检验。

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这本书的封面设计倒是挺别致的，那种深蓝配上银灰的字体，给人一种严谨又不失现代科技感的印象。我拿到手的时候，首先吸引我的是它扉页上的那段引言，措辞非常学术化，充满了对复杂系统建模和控制理论前沿探索的期许。**虽然我还没有深入研读其核心章节，但从目录结构来看，它似乎囊括了从经典控制理论到前沿智能算法融合的广阔领域。** 特别是“鲁棒性分析”和“优化设计”这两个章节的标题，让我联想到许多实际工业应用中，如何在高不确定性环境下保证系统性能的挑战。这本书的厚度也相当可观，看得出内容是经过精心打磨和详尽阐述的。我猜想，对于那些希望系统性掌握非线性动态系统理论，并试图将其应用于实际工程问题中的研究人员或高年级研究生来说，它应该是一本不可多得的参考书。我尤其期待它在**多约束优化**这部分能提供更具操作性的案例，毕竟理论和实践之间的鸿沟，往往需要像这样厚重的教材来架起桥梁。

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从装帧来看，这本书采用了高质量的纸张和耐用的精装，这对于经常需要在实验室或办公室翻阅的专业书籍来说至关重要。我个人对书籍的物理质量比较看重，因为知识的积累往往是一个漫长而反复的过程。这本书的页边距设计得恰到好处，方便读者在空白处做笔记和标记重点，这一点深得我心。**虽然我还没有深入到“混合系统”的建模部分，但从章节标题的排布来看，它似乎试图构建一个从连续系统到离散事件系统的统一理论框架。** 这种跨越不同系统类型的整合视角，在当前的控制工程领域是非常有价值的。如果能配上清晰的仿真案例演示，那就更完美了，但即使没有，仅凭其理论深度，也足以在相关领域内占据一席之地。我希望能从中找到一些关于**状态估计**在新颖传感器融合环境下的处理思路。

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在众多控制领域的参考书中，这本书最引人注目的是它对“不确定性”处理的深度和广度。我猜想，它花了很大篇幅来区分和量化结构化不确定性与非结构化扰动对系统行为的影响。从目录结构上看，关于**自适应控制**的设计方法论似乎非常详尽，不仅仅停留在经典的LMS算法，可能还涵盖了更现代的基于数据驱动的强化学习在系统辨识中的应用。**我特别留意到它对“安全关键系统”的论述，这通常是衡量一本控制系统书籍是否具备前瞻性的重要指标。** 它是否提供了确保系统在故障模式下仍能维持基本功能的控制设计原则？这本书的价值不在于提供现成的代码库，而在于构建一个坚实的、可以用来设计和分析任何复杂控制器的理论基础。它更像是一张地图，指引着通往高级控制难题解决路径的清晰方向。

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