非綫性協調控製理論研究及應用 曹少中 9787030253873 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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曹少中 著

圖書標籤:

• 非綫性控製
• 協調控製
• 控製理論
• 係統控製
• 自動化
• 機器人控製
• 電氣工程
• 控製工程
• 數學模型
• 應用研究

店鋪： 天樂圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030253873

商品編碼：29315012651

包裝：平裝

齣版時間：2009-08-01

基本信息

書名：非綫性協調控製理論研究及應用

定價：55.00元

作者：曹少中

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2009-08-01

ISBN：9787030253873

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.359kg

編輯推薦

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本書以現實世界中普遍存在的非綫性係統為研究對象，論述瞭非綫性協調控製係統的理論、方法和技術。提齣瞭非綫性協調控製係統狀態方程近似迭代解法和級數解法，對於不能建立數學模型的非綫性控製係統，給齣瞭廣義知識模型；以六維電子束為對象，得到瞭非綫性多變量協調控製係統的動態分析方法；應用非綫性協調控製理論，分析瞭協調市場經濟運動規律；對産品概念設計過程的協調問題進行瞭研究。

內容提要

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本書係統地論述瞭非綫性協調控製係統的初步理論、方法和技術。主要內容包括：非綫性多變量協調控製理論基礎、非綫性協調控製係統狀態方程的近似迭代解法、非綫性協調控製係統狀態方程的近似級數解法、六維電子束非綫性多變量協調控製係統的動態分析方法、非綫性協調控製係統的廣義知識模型、協調市場經濟運動規律分析以及産品概念設計過程的協調控製理論和方法。
本書適閤從事控製科學、智能科學、係統科學、計算機科學等領域研究的學者、研究生和工程技術人員閱讀。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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非綫性協調控製理論研究及應用 (曹少中 著, 9787030253873) 概述： 本書深入探討瞭非綫性協調控製理論的核心概念、關鍵技術及其廣泛的應用前景。在當今科學技術飛速發展的時代，許多工程係統，如機器人、航空航天器、電力係統、化學反應器以及生物醫學設備等，都呈現齣高度的非綫性特徵。這些係統的性能優化和穩定運行，往往依賴於多個子係統或組件之間精妙的協調與協同。傳統的綫性控製理論在處理這些復雜係統時顯得力不從心，因此，非綫性協調控製理論應運而生，並逐漸成為控製科學研究的前沿領域。 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的理論框架，幫助理解和掌握非綫性協調控製的設計方法和實現策略。作者通過嚴謹的數學推導和清晰的邏輯闡述，係統地介紹瞭非綫性係統動力學、穩定性分析、魯棒控製、自適應控製以及分布式控製等關鍵理論。在此基礎上，本書聚焦於如何利用這些理論來解決復雜的協調控製問題，包括多機器人協作、無人機集群編隊、智能電網的負荷分配、復雜工藝過程的優化控製等實際工程挑戰。 核心內容解析： 第一部分：非綫性係統基礎理論 本部分為後續章節的深入研究奠定瞭堅實的理論基礎，詳細迴顧並闡述瞭非綫性控製領域的關鍵概念和分析工具。 非綫性係統建模與錶示： 深入探討瞭如何針對實際工程係統建立精確的非綫性數學模型。這包括對物理規律的深刻理解，例如拉格朗日方程、哈密頓方程在描述力學係統中的應用；以及對電磁、熱、流體等耦閤效應的刻畫。書中會詳細講解不同形式的非綫性模型，如狀態空間錶示、輸入-輸齣錶示、微分代數方程組（DAEs）等，並分析不同模型形式的優缺點及其適用範圍。例如，對於具有顯著滯後或飽和特性的係統，會介紹如何使用特殊函數或分段函數來精確描述其非綫性行為。 非綫性係統分析工具： 涵蓋瞭多種用於分析非綫性係統穩定性和行為特性的數學工具。 李雅普諾夫穩定性理論： 這是非綫性係統穩定性分析的核心工具。本書將詳細介紹李雅普諾夫直接法和間接法。直接法通過構造李雅普諾夫函數來判斷係統的穩定性，對於復雜非綫性係統，會探討如何選擇閤適的李雅普諾夫函數，以及如何利用矩陣代數和微分不等式來簡化分析過程。間接法則通過綫性化係統在平衡點附近的雅可比矩陣來判斷穩定性，本書會深入討論綫性化方法的局限性以及在何種情況下該方法依然有效。 相平麵分析： 對於二階非綫性係統，相平麵分析提供瞭一種直觀的幾何方法來理解係統的動態行為，包括極限環、奇點等。書中將介紹如何繪製相平麵圖，識彆不同類型的奇點（穩定節點、不穩定節點、鞍點、穩定中心），以及相軌跡的幾何意義。 小增益定理及其擴展： 小增益定理是分析由多個子係統組成的復雜係統穩定性的有力工具，特彆是在處理反饋連接的係統時。本書會介紹其基本形式，並探討其在處理延遲、不確定性和非綫性環節時的各種擴展，為理解分布式控製係統中的穩定性問題提供關鍵理論支撐。 龐加萊-Bendixson定理： 對於二維自治係統，該定理提供瞭判斷吸引子（如極限環）存在的條件，是分析周期性振蕩的重要理論工具。 先進的非綫性控製方法： 介紹瞭幾種主要的非綫性控製策略，為設計實際的協調控製器提供思路。 反饋綫性化： 這種方法試圖通過精確的狀態反饋和坐標變換，將非綫性係統轉化為等價的綫性係統，從而可以使用成熟的綫性控製技術進行設計。本書會詳細闡述差分反饋綫性化和動態反饋綫性化，並討論其在部分狀態可觀性以及存在未建模動態時的局限性。 滑模控製（SMC）： 滑模控製是一種魯棒性很強的控製策略，能夠有效處理係統參數不確定性和外部擾動。書中將詳細介紹滑模麵的設計、滑模控製器（ubc）的生成，並討論抖振現象及其抑製方法。 模糊邏輯控製： 利用模糊邏輯控製器（FLC）進行控製，適用於那些難以建立精確數學模型的係統。本書會介紹模糊規則的獲取、模糊化、模糊推理和解模糊等過程，並探討模糊邏輯控製器在處理人機交互或專傢經驗融入控製係統中的優勢。 神經網絡控製： 利用神經網絡（NN）的自學習和逼近能力來估計未知非綫性動態或實現自適應控製。書中會介紹不同類型的神經網絡結構（如前饋網絡、循環網絡），以及基於誤差反嚮傳播、Lyapunov穩定性設計等方法的神經網絡控製器設計。 第二部分：非綫性協調控製理論 本部分是本書的核心，將第一部分建立的非綫性係統理論與“協調”這一關鍵概念相結閤，提齣和發展瞭一係列解決復雜係統協同工作的理論方法。 協調控製的基本概念與分類： 明確界定“協調控製”的內涵，區分其與分散控製、分布式控製、協同控製等相關概念。書中將詳細討論協調控製的目標，如共同完成任務、資源優化分配、信息共享等，並根據係統的耦閤方式、信息傳遞機製和決策結構，將協調控製策略進行分類，例如集中式協調、去中心化協調、分布式協調以及基於通信的協調等。 基於一緻性（Consensus）的協調控製： 一緻性是實現群體協調的基本機製。本書將深入介紹不同類型的一緻性算法，包括： 標量一緻性： 針對狀態變量為單一數值的係統，如溫度、電壓等，討論如何設計使其趨於一緻的控製律。 嚮量一緻性： 針對狀態變量為嚮量的係統，如位置、速度、姿態等，分析如何使其在多維空間中達到一緻。 基於圖論的一緻性： 利用通信拓撲圖來描述智能體間的連接關係，分析圖的連通性、度矩陣、拉普拉斯矩陣等對一緻性收斂速度和穩定性的影響。書中會介紹不同通信拓撲（如全連接、環形、隨機圖）下一緻性協議的設計和分析。 帶約束的一緻性： 考慮個體智能體在狀態、輸入或輸齣上的約束，研究如何在滿足約束的條件下實現群體的一緻性。 基於預定義參考信號的協調控製： 在許多應用中，協調的目標是使所有智能體能夠跟蹤一個預先設定的、有時甚至是時變的參考軌跡或參考模式。 虛擬結構方法： 引入一個虛擬的“領導者”或“參考結構”，其他智能體通過與虛擬結構或彼此間的相對關係來協調自身行為。 主從控製（Leader-Follower）： 由一個或多個“領導者”智能體設定參考軌跡，其他“跟隨者”智能體通過觀測和模仿領導者來完成協調任務。書中將分析不同通信模式下（如直接通信、間接通信）的領導者-跟隨者控製方法。 基於分布式優化（Distributed Optimization）的協調控製： 將協調問題轉化為一個分布式優化問題，通過智能體間的通信和迭代，共同尋找最優解。 分布式梯度下降法： 智能體根據局部信息和通信信息，迭代更新其決策變量，以最小化全局目標函數。 次梯度法與ADMM（Alternating Direction Method of Multipliers）： 針對可能存在的非光滑目標函數或耦閤約束，介紹這些更高級的分布式優化算法在協調控製中的應用。 分布式魯棒與自適應協調控製： 考慮係統中存在參數不確定性、外部擾動以及通信噪聲等，研究如何設計能夠保持魯棒性和自適應能力的分布式協調控製器。 分布式滑模控製： 將滑模控製的思想應用於分布式係統，提高係統的魯棒性。 分布式自適應控製： 利用自適應算法，使控製器參數能夠根據係統在綫運行情況進行調整，以應對不確定性。 多智能體係統的博弈論方法： 在某些協調場景下，智能體可能具有各自獨立的利益，此時博弈論成為分析和設計協調策略的有效工具。書中會介紹納什均衡、Stackelberg均衡等概念，並討論如何在非綫性多智能體係統中求解和實現這些均衡策略。 第三部分：非綫性協調控製的應用研究 本部分將理論與實踐相結閤，詳細介紹非綫性協調控製在不同領域的具體應用案例，展示其解決實際工程問題的能力。 機器人與自動化係統： 多機器人協同抓取與搬運： 多個機器人協同完成重物或復雜形狀物體的抓取和搬運任務，要求精確的路徑規劃、力控製和協作策略。 人形機器人行走與姿態控製： 保持復雜多足機器人（如人形機器人）在不平坦地形上的穩定行走，需要各關節間的精妙協調以及與環境的動態交互。 無人機集群編隊飛行： 多個無人機在空中保持預定的隊形飛行，執行偵察、搜索、監控等任務，對通信、導航和姿態控製的協調性要求極高。 航空航天係統： 航天器姿態協同控製： 如空間站或大型衛星的姿態調整，需要多個推進器或控製力矩陀螺協同工作。 分布式傳感器網絡協同： 衛星星座或機載傳感器網絡協同工作，實現高精度的目標跟蹤或地球觀測。 能源與電力係統： 智能電網中的分布式能源管理： 協調分布式發電單元（如太陽能、風能）、儲能設備和用戶負荷，實現電網的穩定運行和能源的最優利用。 微電網的協調控製： 在並網或孤島模式下，實現微電網內部發電、負荷和儲能的協調，保證供電可靠性。 交通運輸係統： 車聯網（V2X）中的協同駕駛： 車輛之間通過通信共享信息，實現協同加減速、變道，提高道路通行效率並減少交通事故。 無人駕駛車隊的協同調度： 多個無人駕駛車輛協同完成貨物運輸或乘客接送任務，實現最優路徑規劃和資源分配。 生物醫學工程： 微納米機器人集群的體內靶嚮輸送： 設計微納米機器人集群，使其能夠協同運動，精確到達病竈區域進行藥物輸送或微創治療。 假肢與外骨骼的協同控製： 協調多個驅動器，實現更自然、更符閤人體運動規律的假肢或外骨骼控製。 其他應用領域： 也會簡要提及非綫性協調控製在工業過程控製、通信網絡優化、機器人製造等領域的潛在應用。 本書特色與貢獻： 本書的最大特色在於其係統性和前沿性。它不僅梳理瞭非綫性控製領域的經典理論，更著重於將這些理論與“協調”這一概念有機結閤，形成瞭完整的非綫性協調控製理論體係。理論闡述嚴謹，同時注重數學推導的清晰性和可讀性，並通過大量的應用案例，展示瞭理論的實用價值。 本書的另一顯著貢獻在於其對分布式和去中心化協調控製方法的深入探討。在當今大規模、分布式智能係統的趨勢下，這些方法具有尤為重要的意義。作者通過對一緻性、分布式優化、博弈論等多種方法的介紹和比較，為讀者提供瞭解決復雜協同問題的一係列工具箱。 此外，本書在處理非綫性係統固有復雜性（如混沌、不確定性、時滯）方麵的控製策略也做瞭深入的探討，這使得其理論成果能夠更有效地應用於實際工程係統。 適用讀者： 本書適用於控製理論、自動化、機器人、電子工程、機械工程、航空航天工程、能源工程等相關領域的在校研究生、博士後研究人員，以及從事相關技術研發的工程師和科研人員。對於希望深入瞭解非綫性係統和群體智能協調控製理論的讀者，本書將是一份寶貴的參考資料。 結論： 《非綫性協調控製理論研究及應用》一書，以其全麵深入的理論分析、嚴謹的數學論證、豐富的應用案例，為讀者勾勒齣一幅非綫性協調控製的宏大圖景。本書不僅是學術研究的堅實基石，也是指導工程實踐的有力工具，必將對該領域的進一步發展産生深遠影響。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計非常經典，封麵采用瞭深邃的藍色，點綴著抽象的數學麯綫，給人一種嚴謹而又充滿探索感的氣息。書脊上的燙金字體清晰醒目，“非綫性協調控製理論研究及應用”幾個大字，預示著這是一部在復雜控製領域深耕的學術著作。拿到手裏，能感受到紙張的質感，厚實而富有彈性，翻閱時有細微的沙沙聲，這種觸感是數字閱讀無法比擬的，仿佛每一次翻頁都在觸碰智慧的節點。我尤其喜歡它對細節的考究，比如章節之間的過渡頁設計，或是某些重要公式的排版方式，都透露齣齣版方的專業與用心。閱讀一本精心製作的實體書，本身就是一種享受，能讓人沉浸其中，不受外界乾擾。這本書的外觀就足夠吸引我，讓我迫不及待地想去揭開它內在的奧秘。它不僅是一本知識的載體，更是一件值得收藏的藝術品，擺在書架上，本身就是一種知識的象徵。

評分☆☆☆☆☆

我是一名從事自動化設備研發的工程師，在實際工作中，我們經常會遇到多軸聯動、多機器人協作等場景。這些係統往往存在嚴重的非綫性耦閤，例如不同關節之間的力矩乾擾，或者加工過程中工件形狀變化帶來的不確定性。現有的基於PID的控製方法在麵對這些復雜情況時，往往難以達到理想的精度和穩定性。我迫切希望能夠找到一種能夠有效解決非綫性耦閤問題的控製方法，使得各個子係統能夠智能地協調，從而提升整體的運行效率和産品質量。這本書如果能夠提供切實可行的解決方案，並給齣相應的算法實現細節，哪怕隻是一個初步的框架，對我而言都將是極其寶貴的。我期待它能帶來一些全新的視角和技術，幫助我突破現有技術瓶頸，實現更高級彆的自動化控製。

評分☆☆☆☆☆

從理論的高度和深度上來看，這本書的價值不言而喻。我所接觸到的很多控製理論，往往集中在綫性係統或者局部綫性的近似處理上，但現實世界中的許多復雜係統，其內在的非綫性耦閤和動態特性是不可忽視的。這本書如果能夠深入剖析非綫性係統內在的復雜性，並提齣一套行之有效的協調控製方法，那將是對現有控製理論的重大拓展。我特彆關心書中是否會探討諸如自適應控製、魯棒控製、模糊邏輯控製、神經網絡控製等在非綫性協調控製中的應用，以及這些方法如何相互結閤、優勢互補。同時，對於如何量化和評估非綫性係統的協調性能，是否也有具體的度量標準和分析工具，這也是我非常關注的。這本書的理論深度，如果能夠達到預期的水平，無疑將為我的研究提供強有力的支撐。

評分☆☆☆☆☆

我一直在尋找一本能夠係統性地講解復雜係統控製理論的書籍，特彆是那些在實際工程中錶現齣非綫性特性的係統。我閱讀瞭很多相關文獻，但總感覺缺乏一個清晰的脈絡，很多概念的引入都顯得比較突兀。我的專業背景讓我對如何讓多個相互關聯的子係統在一定約束下協同工作，並達到最優整體性能有著濃厚的興趣。我希望能夠找到一本真正能夠提供理論指導，並且能夠解釋其背後數學原理的書。這本書的書名恰好觸及瞭我的痛點，它直接點明瞭“非綫性協調控製”這一核心主題，並且強調瞭“理論研究及應用”的實踐性，這讓我對其寄予瞭厚望。我期待它能幫助我建立起一套完整的理論框架，理解不同控製策略在非綫性係統中的適用性，以及如何剋服係統耦閤、不確定性等帶來的挑戰，最終能夠指導我進行更有效的係統設計和優化。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對前沿科學技術保持高度敏感的研究者，我對任何能夠推動學科發展的著作都充滿興趣。特彆是當一門學科的理論研究能夠與實際應用緊密結閤時，其價值便得到瞭最大程度的體現。這本書以“研究及應用”為導嚮，這本身就極具吸引力。我希望它能展現非綫性協調控製理論在解決現實世界中的復雜問題方麵的潛力和前景。例如，在航空航天領域，如何精確控製飛行器的姿態和軌跡；在機器人技術中，如何實現多自由度機器人的靈活協作；或者是在智能電網中，如何協調發電機組和負載，保證電網的穩定運行。如果書中能提供具體的案例分析，展示理論如何被轉化為實際的工程解決方案，並取得顯著成效，那將是一次非常令人興奮的閱讀體驗。這種理論與實踐的無縫對接，恰恰是我所追求的目標。