Nonlinear Analysis and Synthesis Techniques for Aircraft Control pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Bates, Declan (EDT)/ Hagstrom, Martin (EDT)

出品人:

页数:364

译者:

出版时间:

价格:129

装帧:

isbn号码:9783540737186

丛书系列:

图书标签:

• 非线性分析
• 非线性控制
• 飞行控制
• 航空航天工程
• 控制系统
• 系统辨识
• 自适应控制
• 最优控制
• 动态系统
• 鲁棒控制

现代控制理论与系统工程：基础、应用与前沿进展 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代控制理论与系统工程的知识体系，涵盖了从经典控制到现代控制的理论基础，以及在复杂工程系统中的具体应用。本书特别关注于构建系统的分析框架、设计有效控制策略以及应对实际工程挑战的方法论。内容组织上，从基础概念出发，逐步深入到高级主题，辅以大量工程实例，以期帮助读者建立扎实的理论功底和解决实际问题的能力。 第一部分：控制系统基础与时域分析 本部分奠定整个控制理论的基石。首先，详细阐述了控制系统的基本组成要素、反馈控制的优势及其在提高系统性能方面的核心作用。我们深入探讨了线性定常（LTI）系统的数学建模，包括微分方程描述和传递函数表示法。拉普拉斯变换作为连接时域与频域的桥梁，被详细讲解其在系统分析中的应用。 系统的时域响应分析是本部分的核心内容。我们细致分析了单位阶跃响应、脉冲响应，并引入了标准测试信号（如斜坡、抛物线输入）下的系统表现。重点放在了二阶系统的瞬态性能指标，如超调量、调节时间、峰值时间等，这些指标是评估控制系统性能的关键量化标准。此外，系统稳定性的初步探讨以李雅普诺夫稳定性判据的引入开始，为后续更复杂的稳定性分析做铺垫。本书强调了“框图代数”的应用，这是一种简化复杂多回路控制系统结构的关键工具。 第二部分：频域分析与根轨迹法 频域分析提供了另一种观察系统行为的独特视角。本部分首先介绍了频率响应的概念，详细阐述了幅频特性和相频特性。波德图（Bode Plot）作为最常用的频域分析工具，其绘制方法、稳定裕度（增益裕度和相位裕度）的确定被详尽阐述。这一分析方法在工程实践中对于评估系统的相对稳定性至关重要。 根轨迹法（Root Locus）是设计动态控制器时的强大工具。本书系统地讲解了根轨迹的绘制规则，包括起始点、终点、渐近线、实轴上的轨迹以及虚轴穿越点等。通过根轨迹的分析，设计者能够直观地看到改变比例增益对系统闭环极点位置的影响，进而精确调整系统动态性能。本部分还引入了根轨迹与频域指标之间的联系，使读者能从两个维度理解系统性能的调整。 第三部分：现代控制理论：状态空间法 现代控制理论的核心在于状态空间表示法，它克服了经典控制理论中传递函数形式无法处理多输入多输出（MIMO）系统和系统内部状态观察的局限性。本书将状态空间表示法置于中心地位。 首先，详细介绍了线性定常系统的状态方程形式及其与传递函数的相互转换关系。状态转移矩阵（State Transition Matrix）的求解及其在无输入状态响应计算中的作用被深入讨论。系统的能控性（Controllability）和能观测性（Observability）是现代控制理论的两个基本性质，本书提供了判据（如可控性/可观测性矩阵）并解释了它们对控制器设计和状态估计的根本性影响。 第四部分：控制器的综合设计 本部分侧重于如何根据性能要求设计具体的控制器。 极点配置与状态反馈： 详细讲解了利用全状态反馈（State Feedback）实现期望的闭环极点配置，这是现代控制设计的基础。讨论了如何通过 Ackermann 公式等方法计算所需的反馈增益矩阵。 观测器设计： 针对无法直接测量所有状态变量的情况，本书详细介绍了 Luenberger 观测器和卡尔曼滤波器的设计原理。观测器的设计（确保其渐近稳定）是实现基于状态反馈控制的前提。 综合控制结构： 阐述了状态反馈与观测器相结合的“分离原理”（Separation Principle），这是实现完整状态估计与控制策略的基础。 第五部分：最优控制与鲁棒性基础 随着系统复杂度的增加，对控制性能的要求也日益提高，最优控制应运而生。本部分引入了线性二次型调节器（LQR）问题。LQR 权值矩阵的选择与系统的性能指标（如状态误差和控制输入的代价）之间的权衡关系被深入分析。本书将介绍黎卡提方程（Riccati Equation）的求解方法及其在 LQR 设计中的应用。 此外，面对模型不确定性、外部扰动和环境变化带来的挑战，鲁棒性分析成为现代工程的必然要求。本部分对鲁棒控制的初步概念进行了介绍，包括了参数不确定性对系统稳定性的影响，并简要探讨了 $H_{infty}$ 控制和 $mu$ 综合设计等前沿方法的理论背景，为读者进入更深入的鲁棒控制领域打下概念基础。 第六部分：高级主题与工程实现 本部分将理论应用于更具挑战性的实际问题。我们探讨了离散时间系统（Digital Control Systems）的分析与设计，包括 Z 变换、离散时间系统的状态空间表示以及 PID 控制器在数字系统中的实现与调优。 非线性系统的初步分析方法，如相平面法和李雅普诺夫第二法（直接法），被用于理解复杂非线性系统的定性行为和稳定性。最后，本书对先进的控制技术，如自适应控制和模型预测控制（MPC）的基本思想进行了概述，展望了控制系统在航空、机器人和过程工业中的最新发展趋势。 本书的结构设计确保了知识的连贯性，从基础分析到高级综合设计，力求提供一套严谨、实用且具有前瞻性的控制系统理论教程。

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