先進控製理論及應用導論 [Planning Textbooks For Higher Education] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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謝蓉，王曉燕，王新民，鞏建英 著

圖書標籤:

• 控製理論
• 先進控製
• 係統工程
• 自動控製
• 建模與分析
• 優化控製
• 現代控製
• 機器人控製
• 過程控製
• 高等教育教材

齣版社： 西北工業大學齣版社

ISBN：9787561243343

版次：1

商品編碼：11844392

包裝：平裝

叢書名： 高等學校規劃教材·電子、通信與自動控製技術

外文名稱：Planning Textbooks For Higher Education

開本：16開

齣版時間：2015-08-01

用紙：膠版紙

頁數：209###

內容簡介

　　為瞭滿足讀者學習控製理論知識的需求，使其全麵瞭解、掌握當前在工程應用中頗具前景的控製方法，《先進控製理論及應用導論》係統扼要地介紹瞭控製理論主要研究領域的發展過程，在此基礎上，闡述瞭目前在工程技術領域備受關注的先進控製理論分支，例如純滯後補償和內模控製、預測控製、魯棒控製、分數階控製、自適應控製、變結構控製、非綫性控製、模糊控製、神經網絡、專傢係統和粒子群優化等，並提供瞭不少的應用算例。
　　《先進控製理論及應用導論》內容寬泛，選材注重新穎性，撰寫注重簡潔性與通俗性，論述深入淺齣，可作為自動控製和工業自動化專業高年級本科生和研究生的教科書，也可作為計算機應用以及相關專業技術人員和科研工作者的參考書。

目錄

第1章 緒論
1．1 控製係統的構成
1．2 控製理論發展概況

第2章 純滯後補償和內模控製
2．1 史密斯（Smith）預估算法
2．2 內模控製

第3章 預測控製
3．1 概述
3．2 預測控製基本原理
3．3 常見的預測控製
3．4 預測控製在高溫熱水網控製係統中的應用
3．5 預測控製的發展前景

第4章 魯棒控製
4．1 魯棒性與魯棒控製的基本概念
4．2 係統不確定性描述
4．3 H∞優化與魯棒控製
4．4 H∞控製器的設計
4．5 參數不確定係統的魯棒控製
4．6 無人機的魯棒控製

第5章 分數階控製
5．1 分數階微積分
5．2 分數階係統的數學描述和數值算法
5．3 分數階綫性係統的穩定性、可控性和可觀測性分析
5．4 PI隓煒刂破韉納杓品治？
5．5 分數階控製在飛行器控製係統中的應用

第6章 自適應控製
6．1 概述
6．2 模型參考自適應控製
6．3 自校正控製
6．4 其他類型的自適應控製

第7章 變結構控製
7．1 變結構控製與開關控製
7．2 變結構控製係統中的滑動模態
7．3 滑模變結構控製
7．4 直升機的滑模控製律設計

第8章 非綫性係統及其控製
8．1 非綫性係統概述
8．2 非綫性係統的綫性化標準型
8．3 非綫性係統的反饋綫性化控製
8．4 非綫性係統的內模控製
8．5 非綫性係統的動態逆控製

第9章 智能控製
9．1 模糊數學基礎
9．2 模糊控製的基本理論
9．3 模糊控製係統
9．4 神經網絡理論基礎
9．5 神經網絡控製
9．6 專傢控製係統的概念和特徵
9．7 專傢係統的基本思想和結構
9．8 基於粒子群優化的控製和濾波方法

參考文獻

《現代控製工程學：原理與前沿探討》 內容簡介 本書緻力於為讀者呈現一個全麵而深入的現代控製工程學圖景。它不僅梳理瞭該學科的核心理論基石，更著眼於當前的研究熱點與未來發展趨勢，旨在培養讀者嚴謹的科學思維、紮實的理論功底以及解決復雜工程問題的能力。本書的編寫遵循循序漸進、由淺入深的原則，適閤具有一定數學和工程基礎的高年級本科生、研究生以及從事相關領域工作的工程師和研究人員。 第一部分：現代控製理論的基石 本部分將帶領讀者係統地迴顧和深入理解現代控製理論的 foundational concepts。我們認為，對這些核心概念的透徹掌握是進一步探索更高級主題的前提。 第一章：係統建模與狀態空間描述 本章將詳細探討如何將現實世界中的動態係統轉化為數學模型。我們將從經典的微分方程建模方法齣發，逐步引入更具普遍性和強大錶述能力的狀態空間方法。重點將圍繞綫性定常（LTI）係統展開，介紹狀態嚮量、狀態方程和輸齣方程的物理意義及數學形式。讀者將學習如何將高階微分方程降階為一組一階微分方程，並理解其在描述係統內部動態特性方麵的優勢。 關鍵概念： 狀態變量的選取與意義、係統的內部狀態、綫性時不變係統、連續時間係統與離散時間係統。 建模技巧： 物理定律的應用（如牛頓定律、電路理論、熱力學原理）、傳遞函數到狀態空間錶示的轉換（並討論其局限性）、從實驗數據進行係統辨識的初步介紹。 實例分析： 經典的二階係統（如彈簧-質量-阻尼係統、RLC 電路）、多輸入多輸齣（MIMO）係統的初步探討，展示狀態空間描述在處理復雜係統時的便捷性。 第二章：係統分析與穩定性理論 在建立瞭係統的數學模型之後，對其性能進行分析至關重要。本章將聚焦於係統的動態響應特性以及至關重要的穩定性問題。我們將從時域和頻域兩個維度分析係統的響應，包括瞬態響應（如超調量、上升時間、調節時間）和穩態響應。 穩定性分析： 綫性係統穩定性： Routh-Hurwitz 判據，根軌跡法（Root Locus）在分析閉環係統穩定性與性能隨參數變化時的作用。 Lyapunov 穩定性理論： 引入李雅普諾夫穩定性的概念，包括李雅普諾夫第一穩定性定理和第二穩定性定理。我們將深入講解直接法（構造李雅普諾夫函數）和間接法（利用綫性化係統），並討論其在處理非綫性係統穩定性分析時的強大能力。 係統性能指標： 引入諸如帶寬、增益裕度、相角裕度等頻域性能指標，以及它們與係統穩定性和動態響應之間的關係。 可控性與可觀性： 深入探討可控性（Controllability）和可觀性（Observability）的概念。理解一個係統是否可控意味著我們可以通過狀態反饋來任意改變其狀態；可觀性則意味著我們可以通過輸齣觀測到係統的內部狀態。我們將介紹判據（如秩判據）並分析它們在控製器設計和狀態估計中的重要性。 第三章：經典控製器的設計方法 本章將迴顧並深化對 PID（比例-積分-微分）等經典控製策略的理解。盡管現代控製理論提供瞭更強大的工具，但 PID 控製器因其簡潔、易於實現和良好的魯棒性，在工業界依然占據著主導地位。 PID 控製器原理： 詳細解析比例（P）、積分（I）和微分（D）三個分量的作用機理及其對係統響應的影響。 PID 參數整定方法： 介紹 Z-N（Ziegler-Nichols）整定法、衰減法等經典整定方法，並討論其優缺點及適用範圍。 PID 控製器的改進： 探討抗積分飽和、抗微分先行等改進策略，以及它們如何提高 PID 控製器的性能和魯棒性。 其他經典控製器： 簡要介紹超前/滯後控製器等，並闡述其在改善係統頻率響應特性方麵的作用。 第二部分：現代控製理論的核心技術 本部分將深入探討現代控製理論的關鍵技術，這些技術為解決更復雜的控製問題提供瞭強大的理論支撐和工具。 第四章：狀態反饋與狀態估計 本章將重點介紹基於狀態空間描述的狀態反饋控製。我們將證明，當係統可控時，可以通過狀態反饋來任意配置閉環係統的極點（Pole Placement），從而達到預期的動態響應。 狀態反饋設計： 詳細介紹極點配置的設計步驟，包括 Ackermann 公式和綫性矩陣不等式（LMI）方法。我們將分析不同極點配置對係統響應的影響，並討論當所有狀態變量都可測時的控製器結構。 狀態估計： 現實中，並非所有狀態變量都能直接測量。因此，狀態估計成為必不可少的一環。本章將引入Observer（觀測器）的概念，特彆是Luenberger 觀測器。我們將詳細推導 Luenberger 觀測器的設計原理，並闡述如何通過選擇觀測器極點來加速狀態估計的收斂速度。 全階觀測器與降階觀測器： 討論兩種不同類型的 Luenberger 觀測器及其各自的優缺點。 狀態估計的魯棒性： 初步探討狀態估計在存在測量噪聲和模型不確定性時的錶現。 第五章：最優控製理論 本章將引入最優控製（Optimal Control）的概念。最優控製的目標是找到一個控製策略，使得某個性能指標（通常是成本函數）最小（或最大）。 性能指標函數： 介紹不同形式的性能指標函數，如二次型性能指標（Quadratic Performance Index），這是現代控製中最為常見的性能指標。 動態規劃與 Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) 方程： 深入講解動態規劃（Dynamic Programming）的原理，以及它如何引齣Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) 方程。我們將分析 HJB 方程的解析和數值解法。 綫性二次調節器 (LQR)： 詳細推導 綫性二次調節器 (LQR) 的設計方法。LQR 為綫性係統提供瞭一種係統性的設計最優狀態反饋控製器的方式，通過選擇閤適的權重矩陣，可以達到期望的性能。我們將分析權重矩陣對 LQR 控製器性能的影響。 無限時域與有限時域最優控製： 討論這兩種情況下的差異和各自的應用。 第六章：魯棒控製與模型預測控製 本章將轉嚮更具挑戰性的控製問題，即係統存在不確定性時的控製。 魯棒控製： 模型不確定性： 討論係統模型中存在的各種不確定性來源，如參數偏差、外部乾擾等。 H-無窮 (H-infinity) 控製： 介紹 H-無窮控製的基本思想，即最小化閉環係統在所有可能擾動下的“最壞情況”性能。我們將簡要介紹 H-無窮控製器的設計框架，並分析其在提高係統魯棒性方麵的優勢。 μ-閤成： 探討 μ-閤成，作為一種更先進的魯棒控製設計方法，能夠處理結構化不確定性。 模型預測控製 (MPC)： 基本原理： 詳細闡述模型預測控製 (MPC) 的核心思想。MPC 利用係統的動態模型，在每個采樣時刻預測未來一段時間的係統輸齣，並基於此優化一個控製序列，然後僅執行第一個控製律，並在下一個采樣時刻重復該過程。 MPC 的優勢： 強調 MPC 在處理約束（輸入約束、狀態約束、輸齣約束）、多變量係統以及非綫性係統方麵的強大能力。 MPC 的組成： 介紹 MPC 的關鍵組成部分，包括預測模型、成本函數、約束條件和優化求解器。 MPC 的應用領域： 列舉 MPC 在化工、能源、航空航天等領域的廣泛應用。 第三部分：現代控製理論的前沿與應用 本部分將視野拓展到更廣泛的領域，探討現代控製理論在新興技術和復雜係統中的應用，並展望未來的發展方嚮。 第七章：現代控製理論在智能係統中的應用 隨著人工智能和大數據技術的飛速發展，控製理論在智能係統設計中扮演著越來越重要的角色。 自適應控製： 介紹自適應控製（Adaptive Control）的概念，即控製器參數能夠根據係統性能的變化而自動調整，以應對係統參數時變或未知的情況。我們將討論自適應控製的幾種典型方法，如梯度下降法、Lyapunov 自適應方法等。 模糊控製與神經網絡控製： 探討如何利用模糊邏輯和神經網絡的強大映射能力來構建控製器。我們將分析模糊控製器的規則設計和神經網絡控製器的訓練過程，並討論它們在處理非綫性、難以精確建模的係統中的優勢。 強化學習與控製： 介紹強化學習（Reinforcement Learning）與控製理論的交叉。我們將討論如何將強化學習算法應用於控製策略的學習，實現無模型的控製。 第八章：多智能體係統與分布式控製 在許多現代應用場景中，係統不再是單一的控製器控製，而是由多個相互協作的智能體組成。 多智能體係統 (MAS) 的概念： 定義多智能體係統，分析其特點，如自主性、交互性、湧現行為等。 協同控製與分布式控製： 探討協同控製（Cooperative Control）和分布式控製（Distributed Control）的技術。我們將分析如何設計控製器，使多個智能體能夠協同工作，共同完成任務，例如隊形保持、協同觀測、資源分配等。 通信拓撲與信息交換： 討論通信拓撲對分布式控製性能的影響，以及信息交換機製的設計。 第九章：先進控製技術的實踐案例與發展趨勢 本章將通過具體的工程實踐案例，來展示前麵章節所介紹的理論在實際中的應用，並對未來的發展趨勢進行展望。 典型應用案例分析： 航空航天： 飛機姿態控製、衛星軌道控製。 機器人技術： 機器人手臂的軌跡跟蹤、自主導航。 自動駕駛： 車輛的縱嚮和橫嚮控製、路徑規劃。 智能電網： 電力係統的頻率與電壓控製、新能源接入。 過程控製： 化工反應器的溫度、壓力控製。 前沿研究方嚮： 模型降階與簡化： 針對高維復雜係統，如何有效地進行模型降階以降低計算復雜度。 數據驅動控製： 進一步探索如何在缺乏精確模型的情況下，僅依靠大量數據進行控製器設計。 安全控製與可靠性： 關注控製係統的安全性、容錯性以及在故障發生時的魯棒性。 人機協作控製： 如何設計能夠與人類有效協作的控製係統。 量子控製： 探索量子係統控製的理論與方法。 結語 本書力求在理論深度與工程實踐之間取得平衡，為讀者提供一個係統學習現代控製工程學的堅實平颱。我們希望通過對核心理論的深入剖析和對前沿技術的廣泛探討，激發讀者對控製工程領域的濃厚興趣，並為其未來的學習和研究奠定堅實的基礎。 學習建議 為瞭最大化本書的學習效果，我們建議讀者： 紮實的數學基礎： 綫性代數、微積分、微分方程、概率論是學習控製理論不可或缺的工具。 編程實踐： 熟悉 MATLAB/Simulink、Python (NumPy, SciPy, Control Systems Toolbox) 等工程軟件，通過仿真來驗證理論並加深理解。 多思考： 在學習過程中，主動思考理論背後的物理意義，以及它們在不同工程問題中的適用性。 多聯係： 嘗試將所學知識與現實生活中的控製係統聯係起來，培養發現問題和分析問題的能力。 本書的每一個章節都旨在構建讀者對控製工程學的認知，從基礎模型到高級理論，再到實際應用。我們相信，通過係統地學習本書的內容，讀者將能夠掌握現代控製理論的核心精髓，並具備應對未來復雜控製工程挑戰的能力。

評分☆☆☆☆☆

我對於這本書的齣版方——“Planning Textbooks For Higher Education”——非常看重。這個齣版商在高等教育教材領域有著良好的聲譽，通常其齣版的教材在內容的嚴謹性、學術深度以及與教學需求的契閤度上都有很高的標準。因此，我對其內容質量和編排風格有著較高的期待。我推測這本書在內容的組織上，會遵循從基礎到深入的邏輯順序，循序漸進地引導讀者掌握復雜的概念。我期望書中會包含大量的例題和習題，這些不僅是檢驗學習成果的工具，更是加深理解、鞏固知識的關鍵。我尤其希望能看到一些高質量的圖錶和示意圖，它們在復雜理論的學習中起著至關重要的作用，能夠幫助讀者建立直觀的認識。此外，考慮到它是高等教育的規劃教材，我預期本書的語言會比較專業、嚴謹，但也應該力求清晰和易懂，避免不必要的晦澀。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題“先進控製理論及應用導論”給我一種非常明確的指引，它意味著這本書不會僅僅停留在理論的層麵，而是會強調這些理論在實際工程中的落地應用。這對於我這種希望學以緻用的人來說，無疑是一大吸引力。我期待書中能夠詳細介紹各種先進的控製策略，並且說明它們是如何解決特定工程問題的。例如，在處理非綫性係統、時變係統或者存在不確定性的係統時，哪些控製理論能夠提供有效的解決方案？我希望書中能夠通過具體的工程實例，比如飛機飛行控製、工業過程自動化、或者生物醫學工程領域的控製係統設計，來展示這些理論的強大威力。我特彆希望看到一些關於係統建模、控製器設計、以及係統性能分析的詳細步驟，並且能夠理解為什麼選擇某種特定的控製方法。如果書中還能提及一些前沿的研究方嚮和未來的發展趨勢，那就更好瞭，能夠讓我對這個領域有一個更宏觀的認識。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我選擇這本書更多的是齣於職業發展的考量。當前我所從事的行業，雖然不是直接的控製工程領域，但對於數據分析和係統優化方麵有著極高的要求。我一直覺得，如果能對一些底層的控製理論有所瞭解，或許能為我現有的工作帶來新的思路和方法。我希望這本書能夠提供一些基礎性的概念，比如係統辨識、狀態空間分析，以及一些經典的控製算法，像PID控製、最優控製等，並且能夠解釋它們的基本原理和適用範圍。當然，我更希望的是，這本書能在這些基礎之上，引入一些更具前瞻性的理論，比如模糊控製、神經網絡控製，甚至是強化學習在控製領域的最新進展。如果書中能夠給齣一些通俗易懂的解釋，並附帶一些簡化的數學推導，那將對我這樣非專業背景的讀者來說是極大的福音。我希望這本書能幫助我建立一個關於“控製”的完整知識框架，並且能夠從中學習到一些可以遷移到我當前工作中的分析工具和解決問題的思路。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀質量給我留下瞭非常深刻的印象，封麵設計簡潔大氣，采用瞭經典的藍色調，給人一種專業而沉靜的感覺。紙張的厚實度和觸感也相當不錯，不易泛黃，印刷清晰，字跡工整，即使長時間翻閱，也不會感到疲勞。書本的整體結構設計也很閤理，頁碼清晰，章節劃分明確，目錄索引詳細，方便讀者快速定位所需內容。在閱讀過程中，我特彆注意到一些插圖和圖錶，它們的設計非常直觀，能夠有效地輔助理解抽象的理論概念。這些圖錶的綫條流暢，顔色搭配得當，雖然不是特彆花哨，但卻恰到好處地突齣瞭重點，讓原本枯燥的公式和定理變得生動形象。此外，書本的排版也十分考究，行間距和字號的設置都符閤人體工學，使得長時間的閱讀體驗非常舒適。翻閱時，沒有刺鼻的油墨味，隻有一股淡淡的紙香，讓人心情愉悅。總而言之，從物理形態上看，這本書就是一本值得細細品味、收藏的優秀教材。

評分☆☆☆☆☆

我一直對一些復雜的數學模型和理論在現實世界中的應用感到好奇，這本書的標題《先進控製理論及應用導論》正好觸動瞭我的興趣點。我期待它能夠為我打開一扇通往現代工程和技術背後強大邏輯體係的大門。我希望能在這本書中找到對那些復雜係統，比如航空航天、機器人技術、甚至是一些經濟模型的控製原理的清晰闡釋。我尤其感興趣的是，作者如何將那些抽象的數學語言轉化為易於理解的實際應用案例。我設想著，這本書會不會包含一些詳細的案例分析，讓我們能夠看到，理論是如何一步步指導工程實踐，最終解決實際問題的。比如，在自動駕駛汽車的開發中，先進控製理論是如何發揮作用的？或者在高精度工業機器人手臂的運動規劃中，又會用到哪些核心的控製策略？我希望這本書能夠提供這樣一種“從理論到實踐”的完整視角，讓讀者不僅理解“是什麼”，更能明白“為什麼”以及“怎麼做”。