非线性协调控制理论研究及应用 曹少中 9787030253873 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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曹少中 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030253873

商品编码：29299613658

包装：平装

出版时间：2009-08-01

基本信息

书名：非线性协调控制理论研究及应用

定价：55.00元

作者：曹少中

出版社：科学出版社

出版日期：2009-08-01

ISBN：9787030253873

字数：285000

页码：226

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.359kg

编辑推荐

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本书以现实世界中普遍存在的非线性系统为研究对象，论述了非线性协调控制系统的理论、方法和技术。提出了非线性协调控制系统状态方程近似迭代解法和级数解法，对于不能建立数学模型的非线性控制系统，给出了广义知识模型；以六维电子束为对象，得到了非线性多变量协调控制系统的动态分析方法；应用非线性协调控制理论，分析了协调市场经济运动规律；对产品概念设计过程的协调问题进行了研究。

内容提要

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本书系统地论述了非线性协调控制系统的初步理论、方法和技术。主要内容包括：非线性多变量协调控制理论基础、非线性协调控制系统状态方程的近似迭代解法、非线性协调控制系统状态方程的近似级数解法、六维电子束非线性多变量协调控制系统的动态分析方法、非线性协调控制系统的广义知识模型、协调市场经济运动规律分析以及产品概念设计过程的协调控制理论和方法。
本书适合从事控制科学、智能科学、系统科学、计算机科学等领域研究的学者、研究生和工程技术人员阅读。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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动态系统的智慧之舞：非线性协调控制理论的深邃探索与广阔前景 在瞬息万变的现代科学技术领域，对复杂动态系统的理解与驾驭能力，已成为推动进步的关键。从微观的分子机器到宏观的航空航天系统，再到庞大的社会经济网络，无数的系统都呈现出非线性的本质，并常常需要多个子系统之间的协同配合才能实现最优的整体性能。正是在这样的背景下，非线性协调控制理论应运而生，它如同一门精密的智慧之舞，旨在揭示和构建这些复杂系统中“为何”以及“如何”实现高效、鲁棒且协调的运行。 本书深入剖析了非线性协调控制理论的核心概念、关键技术及其在多元化应用领域的实践价值。它不仅仅是对现有理论成果的梳理与总结，更是一次对该领域前沿问题和未来发展方向的系统性探索。通过详尽的论述，本书旨在为读者构建一个清晰、深刻且富有洞察力的理论框架，使其能够准确把握非线性协调控制的精髓，并将其应用于解决现实世界中的复杂挑战。 理论基石：洞悉非线性世界的复杂性 非线性是自然界和工程领域普遍存在的现象。与线性系统固有的比例性和叠加性不同，非线性系统往往表现出涌现性、混沌性、多稳态性等更为复杂且难以预测的特性。理解和控制这些非线性行为，是实现精确、高效控制的根本前提。本书首先从数学原理的角度，系统地阐述了非线性动力学的基本概念，包括相空间分析、李雅普诺夫稳定性理论、摄动法、多尺度分析等。这些理论工具为我们理解非线性系统的内在动力学机制提供了坚实的基础。 在此基础上，本书重点探讨了非线性控制的几种主要技术范式。例如，反馈线性化技术，通过巧妙的坐标变换和反馈设计，将复杂的非线性系统转化为等效的线性系统，从而利用成熟的线性控制理论进行设计。然而，反馈线性化并非万能，其应用条件往往受到严格限制。因此，本书也深入介绍了其他更为普适性的非线性控制方法，如滑模控制，其以对模型不确定性和外部扰动的鲁棒性而著称；自适应控制，它能够根据系统状态的变化动态调整控制器参数，以应对模型参数的未知或时变性；以及模型预测控制（MPC），它利用系统的未来行为模型进行滚动优化，以在满足约束条件的同时实现最优控制。这些方法的引入，极大地扩展了我们处理非线性系统控制问题的能力。 协调的艺术：多主体系统的协同之道 当我们将目光投向由多个相互关联的子系统组成的整体时，协调控制的概念便应运而生。在许多实际系统中，例如分布式机器人集群、智能电网、交通流量管理等，单个子系统的最优性能并不能直接保证整个系统的全局最优。相反，子系统之间必须进行精妙的协调，以避免冲突、优化资源分配，并实现预期的整体目标。 本书对非线性协调控制理论的贡献，尤其体现在其对多主体系统协同机理的深刻揭示。它详细探讨了实现协调的几种核心策略。分布式控制是其中的重要一环，在这种范式下，每个子系统仅依赖于其自身的局部信息以及与其直接交互的邻居的信息，即可实现全局的协同行为。这种分布式架构不仅提高了系统的可扩展性和鲁棒性，也降低了对中心化通信和计算资源的依赖。本书深入分析了基于图论的分布式控制方法，利用图的连通性、度等拓扑性质来保证一致性、同步性和其他协同属性。 分布式一致性是多主体系统中实现协调的关键目标之一。在许多应用场景下，期望所有主体能够同步其状态（如位置、速度、电压等）。本书阐述了如何利用Lyapunov函数等工具来分析和证明分布式一致性算法的收敛性，并考虑了在非线性系统和通信拓扑不确定的情况下实现一致性的挑战。 除了状态的一致性，分布式优化也是协调控制的重要课题。例如，在能源管理系统中，各个分布式发电机需要协同优化其发电功率，以最小化总的能源成本或碳排放。本书介绍了如何将分布式优化问题转化为分布式协调控制问题，并探讨了利用梯度下降、交替方向乘子法（ADMM）等分布式算法来实现目标。 此外，本书还关注分布式任务分配与调度。在多机器人协同作业、多无人机编队飞行等场景下，如何将整体任务合理地分配给各个主体，并根据环境变化动态调整，是实现高效执行的关键。本书探讨了基于博弈论、拍卖机制等方法来实现分布式任务分配的理论基础。 应用前景：智慧化解决方案的无限可能 非线性协调控制理论的强大之处在于其广泛的应用前景，它为解决许多紧迫的工程和科学难题提供了理论支撑和技术手段。本书深入剖析了该理论在多个关键领域的应用实践。 在智能电网领域，随着可再生能源的接入和分布式电源的普及，电网的非线性特性日益凸显，同时需要大量的分布式电源和负荷进行协同配合以维持电网的稳定运行。本书探讨了如何利用非线性协调控制技术实现分布式能源的最佳调度、电压稳定控制、频率调节以及故障响应等。例如，分布式一致性算法可以用于同步微电网中的逆变器，保证电能的稳定输出；分布式优化则可用于协同调节分布式电源的发电功率，以最小化运行成本或最大化可再生能源的利用率。 在自动驾驶汽车和智能交通系统中，多辆汽车的自主协同决策对于提升交通效率、减少拥堵和提高安全性至关重要。本书阐述了如何运用非线性协调控制来解决车辆编队行驶、车道保持、交叉路口通行协调以及紧急避险等问题。例如，通过分布式通信，车辆可以相互感知并协同调整速度和方向，形成高效的车流；在复杂的交通场景下，可以利用分布式模型预测控制实现车辆的自主路径规划与协同避障。 在机器人学领域，尤其是分布式机器人集群，非线性协调控制的应用更是前景广阔。本书探讨了如何利用该理论实现多机器人协同搬运、协同搜索、协同建图、以及协同环境监测等任务。例如，通过分布式一致性，机器人可以协同完成一项大规模的搬运任务，每个机器人仅需感知局部环境和邻居状态即可完成整体协调；通过分布式优化，机器人集群可以协同寻找目标，并根据环境信息动态调整搜索策略。 在航空航天领域，多无人机协同侦察、多卫星编队飞行、以及新型飞行器的姿态协调控制，都离不开非线性协调控制理论的支持。本书分析了这些场景下对系统鲁棒性、实时性和容错性的严苛要求，以及如何通过非线性协调控制来满足这些需求。 此外，本书还触及了非线性协调控制在生物医学工程（如药物递送系统的精确控制）、材料科学（如纳米材料的自组装）、以及社会科学（如群体行为的建模与调控）等新兴领域的潜在应用，展示了该理论跨学科的巨大潜力。 未来展望：迈向更智能、更自主的系统 尽管非线性协调控制理论已取得了显著的成就，但仍有许多前沿问题值得深入研究。本书也对未来的发展方向进行了展望。对不确定性和扰动的鲁棒性是未来研究的重中之重，尤其是在复杂多变的现实环境中，如何设计能够有效应对未知扰动和模型不确定性的协调控制系统，是实现广泛应用的关键。 学习能力与自适应性将是下一代协调控制系统的核心特征。通过引入机器学习和人工智能技术，系统能够从经验中学习，并根据环境变化和任务需求动态调整其协调策略。安全与可靠性在涉及人身安全或关键基础设施的应用中尤为重要，如何设计具有高可靠性、可解释性和安全保证的协调控制系统，将是重要的研究方向。 大规模系统的协同也是一个巨大的挑战。随着系统规模的不断增大，通信延迟、计算资源限制以及信息冗余等问题将愈发突出。如何设计高效、可扩展的分布式协调控制算法，以应对大规模系统的协同需求，是未来的一个重要研究方向。 跨领域的融合将进一步拓展非线性协调控制的应用边界。将该理论与信息论、博弈论、优化理论等其他学科深度融合，有望催生出更多创新的解决方案。 总之，本书为理解和掌握非线性协调控制理论提供了一个全面而深刻的视角。它不仅是理论研究者的宝贵参考，更是工程师和研究人员在设计和实现复杂动态系统时的有力武器。通过对非线性世界复杂性的洞悉，以及对多主体系统协同艺术的精湛描绘，本书引领读者走进一个由智慧驱动的动态系统新时代，为构建更加高效、智能、自主的未来贡献了坚实的理论基石。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容深度和广度都令人称道，堪称非线性控制领域的权威之作。作为一本专门研究非线性协调控制理论的书籍，它必然涵盖了该领域的前沿研究成果和经典理论。从书名来看，它不仅仅是对理论进行深入的探讨，更强调了“应用”的重要性。这意味着书中很有可能包含大量的实例分析、仿真结果以及实际工程中的应用经验。这样的内容对于希望将理论知识转化为实践的读者而言，无疑具有极高的价值。我个人尤其关注书中对于复杂非线性系统建模、分析以及控制策略设计的方法论。希望它能提供一套系统的框架，帮助我理解如何处理现实世界中遇到的各种非线性问题，并能够指导我设计出更鲁棒、更高效的控制系统。这本书的出现，对我而言，不仅仅是一次知识的获取，更是一次能力的提升。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计相当考究，硬壳封面，纸张质感也十分不错，拿在手里很有分量感，一看就知道是正规出版社出品的精品。封面设计简洁大气，书名《非线性协调控制理论研究及应用》和作者曹少中清晰可见，书号9787030253873也标注得很规范。整体感觉就是一本严肃学术著作应有的样子，没有花里胡哨的图案，但透着一种沉静的书卷气，很吸引人去深入了解其内容。尤其是当我知道这是一本关于非线性控制理论的书时，我对它就更加期待了。这类题材的书籍往往内容深入浅出，对我来说，能够找到一本兼具理论深度和实际应用价值的书，简直是莫大的惊喜。我个人一直对控制理论在工程领域中的应用充满兴趣，尤其是在处理复杂系统时，非线性因素往往是绕不开的关键。这本书的书名就点出了“研究及应用”两个重要方面，这预示着它不会仅仅停留在理论的空谈，而是会深入到如何将这些理论转化为实际解决问题的方法，这一点对于我这样希望将所学知识应用于实际工程项目的人来说，无疑是极具吸引力的。

评分☆☆☆☆☆

这本书让我对控制系统有了全新的认识。在阅读之前，我可能还停留在比较基础的线性控制理论层面，对于现实世界中许多复杂系统的非线性特性，虽然有所感知，但缺乏系统性的理论支撑。这本书的出现，如同为我打开了一扇新世界的大门。它不仅仅是枯燥的理论堆砌，更是对我们如何理解和驾驭复杂系统提供了全新的视角和工具。我尤其对其中关于“协调控制”的部分印象深刻，这似乎是将多个独立的控制单元有机地结合起来，实现整体的最优性能，这在很多现代工程应用中都至关重要。书中对各种非线性现象的剖析，以及相应的控制策略的探讨，都给我带来了极大的启发。它让我认识到，许多我们认为理所当然的系统行为，背后可能隐藏着复杂的非线性动力学。而掌握了这些理论，我们就能更有效地设计和优化这些系统，从而在实际应用中取得更好的效果。

评分☆☆☆☆☆

这本书的案例分析部分，是我最期待也最能从中获益的部分。理论固然重要，但如何将其转化为实际可行的解决方案，才是检验一门学科是否具有生命力的关键。《非线性协调控制理论研究及应用》这本书，在理论讲解之后，一定会紧随其后地给出一些具体的应用案例，这是我作为一名实践者最看重的一点。我希望看到书中能够深入剖析一些在航空航天、机器人、电力系统、甚至生物医学等领域中，如何运用非线性协调控制理论来解决实际问题的。例如，在无人机集群协同飞行中，如何保证它们在复杂的动态环境中保持队形并完成任务；或者在工业生产线上，如何协调多个机械臂协同作业，提高效率并保证安全。这些具体的案例，能够让我更直观地理解理论的实用价值，并且能够为我今后的工程实践提供宝贵的参考和借鉴。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常严谨，学术性极强，读起来需要一定的专业背景。作者曹少中在论述时，逻辑清晰，条理分明，对于每一个概念的引入和推导都力求做到严丝合缝，没有丝毫的模糊之处。这种严谨的态度让我在阅读过程中，能够深刻地体会到理论的构建过程，仿佛置身于一场严密的逻辑推理之中。特别是对于一些抽象的数学模型和控制算法，作者都能用清晰的数学语言和图示来辅助说明，虽然一开始会有些挑战，但一旦理解了其中的逻辑，便会豁然开朗。我特别欣赏作者在解释复杂概念时，往往会先给出直观的解释，然后再进行深入的数学推导，这种由表及里、循序渐进的方式，极大地降低了阅读门槛，也让我对非线性协调控制理论有了更深刻的认识。对于想要深入研究这一领域的读者来说，这本书无疑是一部不可多得的宝藏。它的价值不仅仅在于提供了知识，更在于它教会了我如何去思考和理解这些复杂的科学问题。