先进控制理论及应用导论 [Planning Textbooks For Higher Education] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

谢蓉，王晓燕，王新民，巩建英 著

图书标签:

• 控制理论
• 先进控制
• 系统工程
• 自动控制
• 建模与分析
• 优化控制
• 现代控制
• 机器人控制
• 过程控制
• 高等教育教材

出版社： 西北工业大学出版社

ISBN：9787561243343

版次：1

商品编码：11844392

包装：平装

丛书名： 高等学校规划教材·电子、通信与自动控制技术

外文名称：Planning Textbooks For Higher Education

开本：16开

出版时间：2015-08-01

用纸：胶版纸

页数：209###

内容简介

　　为了满足读者学习控制理论知识的需求，使其全面了解、掌握当前在工程应用中颇具前景的控制方法，《先进控制理论及应用导论》系统扼要地介绍了控制理论主要研究领域的发展过程，在此基础上，阐述了目前在工程技术领域备受关注的先进控制理论分支，例如纯滞后补偿和内模控制、预测控制、鲁棒控制、分数阶控制、自适应控制、变结构控制、非线性控制、模糊控制、神经网络、专家系统和粒子群优化等，并提供了不少的应用算例。
　　《先进控制理论及应用导论》内容宽泛，选材注重新颖性，撰写注重简洁性与通俗性，论述深入浅出，可作为自动控制和工业自动化专业高年级本科生和研究生的教科书，也可作为计算机应用以及相关专业技术人员和科研工作者的参考书。

目录

第1章 绪论
1．1 控制系统的构成
1．2 控制理论发展概况

第2章 纯滞后补偿和内模控制
2．1 史密斯（Smith）预估算法
2．2 内模控制

第3章 预测控制
3．1 概述
3．2 预测控制基本原理
3．3 常见的预测控制
3．4 预测控制在高温热水网控制系统中的应用
3．5 预测控制的发展前景

第4章 鲁棒控制
4．1 鲁棒性与鲁棒控制的基本概念
4．2 系统不确定性描述
4．3 H∞优化与鲁棒控制
4．4 H∞控制器的设计
4．5 参数不确定系统的鲁棒控制
4．6 无人机的鲁棒控制

第5章 分数阶控制
5．1 分数阶微积分
5．2 分数阶系统的数学描述和数值算法
5．3 分数阶线性系统的稳定性、可控性和可观测性分析
5．4 PI隓炜刂破鞯纳杓品治？
5．5 分数阶控制在飞行器控制系统中的应用

第6章 自适应控制
6．1 概述
6．2 模型参考自适应控制
6．3 自校正控制
6．4 其他类型的自适应控制

第7章 变结构控制
7．1 变结构控制与开关控制
7．2 变结构控制系统中的滑动模态
7．3 滑模变结构控制
7．4 直升机的滑模控制律设计

第8章 非线性系统及其控制
8．1 非线性系统概述
8．2 非线性系统的线性化标准型
8．3 非线性系统的反馈线性化控制
8．4 非线性系统的内模控制
8．5 非线性系统的动态逆控制

第9章 智能控制
9．1 模糊数学基础
9．2 模糊控制的基本理论
9．3 模糊控制系统
9．4 神经网络理论基础
9．5 神经网络控制
9．6 专家控制系统的概念和特征
9．7 专家系统的基本思想和结构
9．8 基于粒子群优化的控制和滤波方法

参考文献

《现代控制工程学：原理与前沿探讨》 内容简介 本书致力于为读者呈现一个全面而深入的现代控制工程学图景。它不仅梳理了该学科的核心理论基石，更着眼于当前的研究热点与未来发展趋势，旨在培养读者严谨的科学思维、扎实的理论功底以及解决复杂工程问题的能力。本书的编写遵循循序渐进、由浅入深的原则，适合具有一定数学和工程基础的高年级本科生、研究生以及从事相关领域工作的工程师和研究人员。 第一部分：现代控制理论的基石 本部分将带领读者系统地回顾和深入理解现代控制理论的 foundational concepts。我们认为，对这些核心概念的透彻掌握是进一步探索更高级主题的前提。 第一章：系统建模与状态空间描述 本章将详细探讨如何将现实世界中的动态系统转化为数学模型。我们将从经典的微分方程建模方法出发，逐步引入更具普遍性和强大表述能力的状态空间方法。重点将围绕线性定常（LTI）系统展开，介绍状态向量、状态方程和输出方程的物理意义及数学形式。读者将学习如何将高阶微分方程降阶为一组一阶微分方程，并理解其在描述系统内部动态特性方面的优势。 关键概念： 状态变量的选取与意义、系统的内部状态、线性时不变系统、连续时间系统与离散时间系统。 建模技巧： 物理定律的应用（如牛顿定律、电路理论、热力学原理）、传递函数到状态空间表示的转换（并讨论其局限性）、从实验数据进行系统辨识的初步介绍。 实例分析： 经典的二阶系统（如弹簧-质量-阻尼系统、RLC 电路）、多输入多输出（MIMO）系统的初步探讨，展示状态空间描述在处理复杂系统时的便捷性。 第二章：系统分析与稳定性理论 在建立了系统的数学模型之后，对其性能进行分析至关重要。本章将聚焦于系统的动态响应特性以及至关重要的稳定性问题。我们将从时域和频域两个维度分析系统的响应，包括瞬态响应（如超调量、上升时间、调节时间）和稳态响应。 稳定性分析： 线性系统稳定性： Routh-Hurwitz 判据，根轨迹法（Root Locus）在分析闭环系统稳定性与性能随参数变化时的作用。 Lyapunov 稳定性理论： 引入李雅普诺夫稳定性的概念，包括李雅普诺夫第一稳定性定理和第二稳定性定理。我们将深入讲解直接法（构造李雅普诺夫函数）和间接法（利用线性化系统），并讨论其在处理非线性系统稳定性分析时的强大能力。 系统性能指标： 引入诸如带宽、增益裕度、相角裕度等频域性能指标，以及它们与系统稳定性和动态响应之间的关系。 可控性与可观性： 深入探讨可控性（Controllability）和可观性（Observability）的概念。理解一个系统是否可控意味着我们可以通过状态反馈来任意改变其状态；可观性则意味着我们可以通过输出观测到系统的内部状态。我们将介绍判据（如秩判据）并分析它们在控制器设计和状态估计中的重要性。 第三章：经典控制器的设计方法 本章将回顾并深化对 PID（比例-积分-微分）等经典控制策略的理解。尽管现代控制理论提供了更强大的工具，但 PID 控制器因其简洁、易于实现和良好的鲁棒性，在工业界依然占据着主导地位。 PID 控制器原理： 详细解析比例（P）、积分（I）和微分（D）三个分量的作用机理及其对系统响应的影响。 PID 参数整定方法： 介绍 Z-N（Ziegler-Nichols）整定法、衰减法等经典整定方法，并讨论其优缺点及适用范围。 PID 控制器的改进： 探讨抗积分饱和、抗微分先行等改进策略，以及它们如何提高 PID 控制器的性能和鲁棒性。 其他经典控制器： 简要介绍超前/滞后控制器等，并阐述其在改善系统频率响应特性方面的作用。 第二部分：现代控制理论的核心技术 本部分将深入探讨现代控制理论的关键技术，这些技术为解决更复杂的控制问题提供了强大的理论支撑和工具。 第四章：状态反馈与状态估计 本章将重点介绍基于状态空间描述的状态反馈控制。我们将证明，当系统可控时，可以通过状态反馈来任意配置闭环系统的极点（Pole Placement），从而达到预期的动态响应。 状态反馈设计： 详细介绍极点配置的设计步骤，包括 Ackermann 公式和线性矩阵不等式（LMI）方法。我们将分析不同极点配置对系统响应的影响，并讨论当所有状态变量都可测时的控制器结构。 状态估计： 现实中，并非所有状态变量都能直接测量。因此，状态估计成为必不可少的一环。本章将引入Observer（观测器）的概念，特别是Luenberger 观测器。我们将详细推导 Luenberger 观测器的设计原理，并阐述如何通过选择观测器极点来加速状态估计的收敛速度。 全阶观测器与降阶观测器： 讨论两种不同类型的 Luenberger 观测器及其各自的优缺点。 状态估计的鲁棒性： 初步探讨状态估计在存在测量噪声和模型不确定性时的表现。 第五章：最优控制理论 本章将引入最优控制（Optimal Control）的概念。最优控制的目标是找到一个控制策略，使得某个性能指标（通常是成本函数）最小（或最大）。 性能指标函数： 介绍不同形式的性能指标函数，如二次型性能指标（Quadratic Performance Index），这是现代控制中最为常见的性能指标。 动态规划与 Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) 方程： 深入讲解动态规划（Dynamic Programming）的原理，以及它如何引出Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) 方程。我们将分析 HJB 方程的解析和数值解法。 线性二次调节器 (LQR)： 详细推导 线性二次调节器 (LQR) 的设计方法。LQR 为线性系统提供了一种系统性的设计最优状态反馈控制器的方式，通过选择合适的权重矩阵，可以达到期望的性能。我们将分析权重矩阵对 LQR 控制器性能的影响。 无限时域与有限时域最优控制： 讨论这两种情况下的差异和各自的应用。 第六章：鲁棒控制与模型预测控制 本章将转向更具挑战性的控制问题，即系统存在不确定性时的控制。 鲁棒控制： 模型不确定性： 讨论系统模型中存在的各种不确定性来源，如参数偏差、外部干扰等。 H-无穷 (H-infinity) 控制： 介绍 H-无穷控制的基本思想，即最小化闭环系统在所有可能扰动下的“最坏情况”性能。我们将简要介绍 H-无穷控制器的设计框架，并分析其在提高系统鲁棒性方面的优势。 μ-合成： 探讨 μ-合成，作为一种更先进的鲁棒控制设计方法，能够处理结构化不确定性。 模型预测控制 (MPC)： 基本原理： 详细阐述模型预测控制 (MPC) 的核心思想。MPC 利用系统的动态模型，在每个采样时刻预测未来一段时间的系统输出，并基于此优化一个控制序列，然后仅执行第一个控制律，并在下一个采样时刻重复该过程。 MPC 的优势： 强调 MPC 在处理约束（输入约束、状态约束、输出约束）、多变量系统以及非线性系统方面的强大能力。 MPC 的组成： 介绍 MPC 的关键组成部分，包括预测模型、成本函数、约束条件和优化求解器。 MPC 的应用领域： 列举 MPC 在化工、能源、航空航天等领域的广泛应用。 第三部分：现代控制理论的前沿与应用 本部分将视野拓展到更广泛的领域，探讨现代控制理论在新兴技术和复杂系统中的应用，并展望未来的发展方向。 第七章：现代控制理论在智能系统中的应用 随着人工智能和大数据技术的飞速发展，控制理论在智能系统设计中扮演着越来越重要的角色。 自适应控制： 介绍自适应控制（Adaptive Control）的概念，即控制器参数能够根据系统性能的变化而自动调整，以应对系统参数时变或未知的情况。我们将讨论自适应控制的几种典型方法，如梯度下降法、Lyapunov 自适应方法等。 模糊控制与神经网络控制： 探讨如何利用模糊逻辑和神经网络的强大映射能力来构建控制器。我们将分析模糊控制器的规则设计和神经网络控制器的训练过程，并讨论它们在处理非线性、难以精确建模的系统中的优势。 强化学习与控制： 介绍强化学习（Reinforcement Learning）与控制理论的交叉。我们将讨论如何将强化学习算法应用于控制策略的学习，实现无模型的控制。 第八章：多智能体系统与分布式控制 在许多现代应用场景中，系统不再是单一的控制器控制，而是由多个相互协作的智能体组成。 多智能体系统 (MAS) 的概念： 定义多智能体系统，分析其特点，如自主性、交互性、涌现行为等。 协同控制与分布式控制： 探讨协同控制（Cooperative Control）和分布式控制（Distributed Control）的技术。我们将分析如何设计控制器，使多个智能体能够协同工作，共同完成任务，例如队形保持、协同观测、资源分配等。 通信拓扑与信息交换： 讨论通信拓扑对分布式控制性能的影响，以及信息交换机制的设计。 第九章：先进控制技术的实践案例与发展趋势 本章将通过具体的工程实践案例，来展示前面章节所介绍的理论在实际中的应用，并对未来的发展趋势进行展望。 典型应用案例分析： 航空航天： 飞机姿态控制、卫星轨道控制。 机器人技术： 机器人手臂的轨迹跟踪、自主导航。 自动驾驶： 车辆的纵向和横向控制、路径规划。 智能电网： 电力系统的频率与电压控制、新能源接入。 过程控制： 化工反应器的温度、压力控制。 前沿研究方向： 模型降阶与简化： 针对高维复杂系统，如何有效地进行模型降阶以降低计算复杂度。 数据驱动控制： 进一步探索如何在缺乏精确模型的情况下，仅依靠大量数据进行控制器设计。 安全控制与可靠性： 关注控制系统的安全性、容错性以及在故障发生时的鲁棒性。 人机协作控制： 如何设计能够与人类有效协作的控制系统。 量子控制： 探索量子系统控制的理论与方法。 结语 本书力求在理论深度与工程实践之间取得平衡，为读者提供一个系统学习现代控制工程学的坚实平台。我们希望通过对核心理论的深入剖析和对前沿技术的广泛探讨，激发读者对控制工程领域的浓厚兴趣，并为其未来的学习和研究奠定坚实的基础。 学习建议 为了最大化本书的学习效果，我们建议读者： 扎实的数学基础： 线性代数、微积分、微分方程、概率论是学习控制理论不可或缺的工具。 编程实践： 熟悉 MATLAB/Simulink、Python (NumPy, SciPy, Control Systems Toolbox) 等工程软件，通过仿真来验证理论并加深理解。 多思考： 在学习过程中，主动思考理论背后的物理意义，以及它们在不同工程问题中的适用性。 多联系： 尝试将所学知识与现实生活中的控制系统联系起来，培养发现问题和分析问题的能力。 本书的每一个章节都旨在构建读者对控制工程学的认知，从基础模型到高级理论，再到实际应用。我们相信，通过系统地学习本书的内容，读者将能够掌握现代控制理论的核心精髓，并具备应对未来复杂控制工程挑战的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧质量给我留下了非常深刻的印象，封面设计简洁大气，采用了经典的蓝色调，给人一种专业而沉静的感觉。纸张的厚实度和触感也相当不错，不易泛黄，印刷清晰，字迹工整，即使长时间翻阅，也不会感到疲劳。书本的整体结构设计也很合理，页码清晰，章节划分明确，目录索引详细，方便读者快速定位所需内容。在阅读过程中，我特别注意到一些插图和图表，它们的设计非常直观，能够有效地辅助理解抽象的理论概念。这些图表的线条流畅，颜色搭配得当，虽然不是特别花哨，但却恰到好处地突出了重点，让原本枯燥的公式和定理变得生动形象。此外，书本的排版也十分考究，行间距和字号的设置都符合人体工学，使得长时间的阅读体验非常舒适。翻阅时，没有刺鼻的油墨味，只有一股淡淡的纸香，让人心情愉悦。总而言之，从物理形态上看，这本书就是一本值得细细品味、收藏的优秀教材。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题“先进控制理论及应用导论”给我一种非常明确的指引，它意味着这本书不会仅仅停留在理论的层面，而是会强调这些理论在实际工程中的落地应用。这对于我这种希望学以致用的人来说，无疑是一大吸引力。我期待书中能够详细介绍各种先进的控制策略，并且说明它们是如何解决特定工程问题的。例如，在处理非线性系统、时变系统或者存在不确定性的系统时，哪些控制理论能够提供有效的解决方案？我希望书中能够通过具体的工程实例，比如飞机飞行控制、工业过程自动化、或者生物医学工程领域的控制系统设计，来展示这些理论的强大威力。我特别希望看到一些关于系统建模、控制器设计、以及系统性能分析的详细步骤，并且能够理解为什么选择某种特定的控制方法。如果书中还能提及一些前沿的研究方向和未来的发展趋势，那就更好了，能够让我对这个领域有一个更宏观的认识。

评分☆☆☆☆☆

我对于这本书的出版方——“Planning Textbooks For Higher Education”——非常看重。这个出版商在高等教育教材领域有着良好的声誉，通常其出版的教材在内容的严谨性、学术深度以及与教学需求的契合度上都有很高的标准。因此，我对其内容质量和编排风格有着较高的期待。我推测这本书在内容的组织上，会遵循从基础到深入的逻辑顺序，循序渐进地引导读者掌握复杂的概念。我期望书中会包含大量的例题和习题，这些不仅是检验学习成果的工具，更是加深理解、巩固知识的关键。我尤其希望能看到一些高质量的图表和示意图，它们在复杂理论的学习中起着至关重要的作用，能够帮助读者建立直观的认识。此外，考虑到它是高等教育的规划教材，我预期本书的语言会比较专业、严谨，但也应该力求清晰和易懂，避免不必要的晦涩。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我选择这本书更多的是出于职业发展的考量。当前我所从事的行业，虽然不是直接的控制工程领域，但对于数据分析和系统优化方面有着极高的要求。我一直觉得，如果能对一些底层的控制理论有所了解，或许能为我现有的工作带来新的思路和方法。我希望这本书能够提供一些基础性的概念，比如系统辨识、状态空间分析，以及一些经典的控制算法，像PID控制、最优控制等，并且能够解释它们的基本原理和适用范围。当然，我更希望的是，这本书能在这些基础之上，引入一些更具前瞻性的理论，比如模糊控制、神经网络控制，甚至是强化学习在控制领域的最新进展。如果书中能够给出一些通俗易懂的解释，并附带一些简化的数学推导，那将对我这样非专业背景的读者来说是极大的福音。我希望这本书能帮助我建立一个关于“控制”的完整知识框架，并且能够从中学习到一些可以迁移到我当前工作中的分析工具和解决问题的思路。

评分☆☆☆☆☆

我一直对一些复杂的数学模型和理论在现实世界中的应用感到好奇，这本书的标题《先进控制理论及应用导论》正好触动了我的兴趣点。我期待它能够为我打开一扇通往现代工程和技术背后强大逻辑体系的大门。我希望能在这本书中找到对那些复杂系统，比如航空航天、机器人技术、甚至是一些经济模型的控制原理的清晰阐释。我尤其感兴趣的是，作者如何将那些抽象的数学语言转化为易于理解的实际应用案例。我设想着，这本书会不会包含一些详细的案例分析，让我们能够看到，理论是如何一步步指导工程实践，最终解决实际问题的。比如，在自动驾驶汽车的开发中，先进控制理论是如何发挥作用的？或者在高精度工业机器人手臂的运动规划中，又会用到哪些核心的控制策略？我希望这本书能够提供这样一种“从理论到实践”的完整视角，让读者不仅理解“是什么”，更能明白“为什么”以及“怎么做”。