現代控製理論(全國普通高校自動化類專業規劃教材) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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鬍皓，王春俠，任鳥飛 著

圖書標籤:

• 控製理論
• 現代控製
• 自動化
• 教材
• 規劃教材
• 高等教育
• 工程控製
• 係統控製
• 綫性係統
• 狀態空間

店鋪： 北京愛讀者圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302371649

商品編碼：29728896684

包裝：平裝

齣版時間：2014-10-01

基本信息

書名：現代控製理論(全國普通高校自動化類專業規劃教材)

定價：34.50元

作者：鬍皓,王春俠,任鳥飛

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2014-10-01

ISBN：9787302371649

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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“現代控製理論”是自動化及其相關專業本科生的一門重要的專業基礎課程。鬍皓、王春俠、任鳥飛編著的這本《現代控製理論》適應工程與應用類院校自動化、電氣工程及其自動化、測控技術與儀器及相近專業的需要，力圖結閤係統的物理概念，深入淺齣地闡述現代控製理論的基本內容，包括狀態空間的基本概念和分析方法，係統的狀態空間描述和各種標準型，係統的運動分析，能控性與能觀測性，結構分解和實現問題，以及係統的穩定性分析、狀態反饋和狀態觀測器等；後通過工程應用實例，歸納和總結狀態空間的分析方法和具體應用。
　　本書敘述深入淺齣，理論聯係實際，盡可能從實際背景的分析中提齣要討論的問題、概念和方法。在介紹係統分析和控製係統設計方法的同時，適當地給齣瞭相應的MATLAB函數，便於讀者利用MATLAB軟件來有效求解控製係統的一些計算和仿真問題，以加深對概念和方法的理解。
　　本書既適用於電氣信息類各專業及其他相關專業作為教材使用，也適用於在職人員和廣大讀者自學深造使用。另外，本書配有電子課件，歡迎選用本書作教材的老師索取。

目錄

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緒論章 綫性控製係統的狀態空間描述 1.1 狀態空間模型 1.1.1 引例 1.1.2 狀態空間的基本概念 1.1.3 係統的狀態空間錶達 1.1.4 狀態結構圖 1.2 動態係統狀態空間錶達式的建立 1.3 由係統微分方程求狀態空間錶達式 1.3.1 係統輸入量不含有導數項 1.3.2 係統輸入量含有導數項 1.4 由狀態空間錶達式求傳遞函數 1.4.1 單輸入單輸齣係統的傳遞函數 1.4.2 多輸入多輸齣係統傳遞函數陣 1.5 狀態矢量的綫性變換 1.5.1 綫性非奇異變換 1.5.2 係統的特徵根、特徵嚮量與傳遞函數矩陣 1.5.3 一般型轉化為對角標準型 1.6 離散係統的狀態空間錶示 1.6.1 由差分方程或脈衝傳遞函數建立動態方程 1.6.2 離散係統的傳遞函數陣 1.7 利用MATLAB進行係統模型之間的相互轉換 本章小結 習題第2章 綫性控製係統的運動分析 2.1 綫性定常係統狀態方程的解 2.1.1 齊次狀態方程的求解 2.1.2 狀態轉移矩陣 2.1.3 非齊次狀態方程的求解 2.2 特定輸入下的狀態響應 2.3 凱萊-哈密爾頓(Caley-Hamilton)定理 2.4 連續係統的時間離散化 2.4.1 連續時間綫性係統的離散化模型 2.4.2 連續時間綫性係統近似離散化模型 2.5 綫性離散係統的運動分析 2.5.1 迭代法 2.5.2 z變換法求解 2.6 利用MATLAB計算矩陣指數 2.6.1 利用MATLAB 符號工具箱計算矩陣指數 2.6.2 求綫性係統的狀態響應 本章小結 習題第3章 綫性係統的能控性與能觀測性 3.1 綫性定常連續係統的能控性 3.1.1 能控性定義 3.1.2 判彆係統能控性的方法 3.1.3 輸齣能控性 3.2 綫性連續係統的能觀測性 3.2.1 能觀測性定義 3.2.2 判彆係統能觀測性的方法 3.3 能控性和能觀測性與傳遞函數零極點的關係 3.4 對偶原理 3.4.1 綫性係統的對偶關係 3.4.2 對偶係統的性質 3.4.3 對偶原理 3.5 能控標準型和能觀測標準型 3.5.1 單輸入係統的能控標準型 3.5.2 單輸齣係統的能觀測標準型 3.6 係統的結構分解 3.6.1 按能控性分解 3.6.2 按能觀測性分解 3.6.3 按能控和能觀測性分解 3.7 傳遞函數陣的實現問題 3.7.1 定義和基本特性 3.7.2 能控標準型實現和能觀測標準型實現 3.7.3 小實現 3.8 離散係統的能控性與能觀測性 3.8.1 離散係統的能控性 3.8.2 離散係統的能觀測性 3.3.3 連續係統離散化後的能控性與能觀測性 3.9 利用MATLAB分析係統的能控性和能觀測性 本章小結 習題第4章 綫性定常係統的綜閤 4.1 狀態反饋控製係統的基本結構及其特點 4.1.1 狀態反饋的基本結構 4.1.2 狀態反饋的特點 4.1.3 狀態反饋極點配置 4.2 輸齣反饋的極點配置 4.2.1 輸齣反饋 4.2.2 輸齣反饋的特點 4.2.3 輸齣反饋極點配置 4.3 狀態觀測器 4.3.1 觀測器的模型 4.3.2 觀測器的設計方法 4.3.3 降維觀測器 4.4 帶有狀態觀測器的狀態反饋 4.4.1 係統的結構與數學模型 4.4.2 係統的基本特性 4.5 解耦控製 4.5.1 多變量係統的耦閤關係 4.5.2 串聯補償器解耦 4.6 MATLAB在係統綜閤上的應用 4.6.1 采用MATLAB 實現極點配置 4.6.2 狀態觀測器設計 4.6.3 帶有狀態觀測器的閉環狀態反饋係統 本章小結 習題第5章 控製係統的穩定性分析 5.1 動態係統的外部穩定性 5.2 動態係統的內部穩定性 5.2.1 平衡狀態 5.2.2 狀態矢量的範數 5.2.3 Lyapunov意義下的穩定性 5.3 Lyapunov穩定性理論 5.3.1 預備知識 5.3.2 Lyapunov法 5.3.3 Lyapunov第二法 5.3.4 剋拉索夫斯基方法 5.4 綫性係統的Lyapunov穩定性分析 5.4.1 連續係統的Lyapunov穩定性分析 5.4.2 離散係統的Lyapunov穩定性分析 5.5 MATLAB在綫性係統穩定性分析中的應用 5.5.1 Lyapunov法 5.5.2 Lyapunov第二法 5.5.3 MATLAB在綫性定常離散係統穩定性分析中的應用 本章小結 習題第6章 其他控製方法 6.1 模型參考控製係統分析 6.2 優控製 6.2.1 優控製的性能指標 6.2.2 二次型性能指標的優控製 6.2.3 參數佳問題的Lyapunov第二法的解法 6.2.4 二次型佳控製問題 6.3 用MATLAB 解二次型優控製問題 本章小結 習題第7章 工程應用實例 7.1 倒立擺係統的控製 7.1.1 倒立擺係統簡介 7.1.2 數學模型 7.1.3 係統的可控性分析 7.1.4 係統階躍響應分析 7.1.5 極點配置 7.1.6 綫性二次優控製 7.2 汽車懸架係統控製 7.2.1 汽車懸架係統的簡化模型 7.2.2 汽車懸架的開環控製 7.2.3 汽車懸架的狀態反饋控製 7.3 磁盤驅動器讀寫磁頭的定位控製 7.3.1 磁盤存儲器的工作原理 7.3.2 磁盤驅動器的動態特性分析 7.3.3 磁盤驅動器的狀態空間分析 7.3.4 參數變化及擾動作用時磁盤驅動器的分析 7.3.5 要求具體指標時磁盤驅動器的分析 7.3.6 帶有速度反饋的磁盤驅動器磁頭係統分析 7.3.7 PID控製的磁盤驅動器磁頭係統的分析 7.3.8 磁盤驅動器磁頭係統的頻率法分析 7.3.9 磁盤驅動器磁頭係統的狀態空間分析 7.4 電動機車驅動控製 本章小結參考文獻

作者介紹

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鬍皓，男，1962年生，寶雞文理學院電氣係教授，學院教學名師，自動化研究所副所長，西北地區電子技術研究會理事，陝西省自動化學會教育及普及委員會委員，寶雞市製造業信息化電子行業服務中心副主任，寶雞市電子學會理事，市政協委員。長期從事控製科學與工程方麵的教學與研究工作。

文摘

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序言

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《現代控製理論》：一窺自動化世界的智慧之眼 在信息技術浪潮洶湧、自動化技術日益滲透社會方方麵麵的今天，理解和掌握現代控製理論已成為連接理論與實踐、驅動科技進步的關鍵。這門學科不僅是自動化類專業的核心基石，更是航空航天、機器人、生物醫學工程、經濟管理等眾多領域不可或缺的支撐。本書《現代控製理論（全國普通高校自動化類專業規劃教材）》正是一扇通往這個精彩世界的大門，它以嚴謹的學術體係、清晰的邏輯結構，為讀者鋪就一條深入理解和應用現代控製理論的專業之路。 本書並非一本孤立的理論著作，它深植於自動化技術的發展脈絡，緊密結閤當前科學研究的前沿和工程實踐的需求。從早期簡單機械係統的開關控製，到如今復雜動態係統的智能優化，控製理論的發展曆程本身就是一部人類智慧不斷超越自我的生動寫照。本書正是擷取瞭這一發展曆程中的精華，係統地梳理瞭現代控製理論的核心概念、數學工具以及主要分支。 核心概念的深度解析：從係統到穩定性 本書的起點，是構建對“控製係統”的深刻認知。一個控製係統，本質上是一個能夠對另一個係統（稱為被控係統）的狀態進行影響和調控的係統，其核心在於“反饋”機製。這種反饋，是係統感知自身狀態、與外界環境互動並據此調整自身行為的關鍵。作者深入淺齣地闡釋瞭係統建模的重要性，從物理係統的數學描述，到狀態空間方程的引入，為理解係統的動態行為奠定瞭堅實的數學基礎。 其中，“穩定性”是控製理論中的一個核心概念，它關乎著一個係統能否在外部乾擾或初始擾動後恢復到期望的狀態，或者是否會失控發散。本書詳細介紹瞭各種穩定性判據，如李雅普納夫穩定性理論，並探討瞭不同類型係統的穩定性分析方法。理解穩定性，如同為控製係統安裝瞭“安全閥”，確保其運行的可靠性和可預測性。 數學工具的嚴謹運用：綫性代數與微分方程的融閤 現代控製理論的強大之處，離不開其高度抽象化的數學語言。本書在數學工具的使用上，力求嚴謹而實用。綫性代數，作為描述多輸入多輸齣係統的基礎，貫穿於全書的各個章節。矩陣運算、特徵值分析、嚮量空間等概念，被巧妙地應用於係統建模、係統分析以及控製器設計。例如，通過狀態轉移矩陣，可以精確預測係統在沒有外部輸入情況下的演化軌跡，而特徵值則揭示瞭係統模態的行為特性。 同時，微分方程和差分方程是描述動態係統的“心髒”。本書係統地講解瞭如何運用這些數學工具來刻畫係統的瞬態響應和穩態特性。從一階、二階係統的經典分析，到高階、非綫性係統的復雜描述，讀者將逐步掌握如何將物理世界的動態過程轉化為可分析的數學模型。這種數學建模的能力，是解決實際工程問題的“金鑰匙”。 核心分支的係統梳理：時域、頻域與現代方法 本書對現代控製理論的各個分支進行瞭係統性的梳理，為讀者提供瞭一個全景式的視角。 經典控製理論（時域與頻域分析）：雖然本書名為“現代控製理論”，但對經典控製理論的溫故與發展是必不可少的。經典控製理論主要關注單輸入單輸齣（SISO）係統，並依賴於傳遞函數等工具。本書會介紹伯德圖、奈奎斯特圖等頻域分析方法，以及根軌跡、瞬態響應分析等時域方法。這些方法在分析係統的頻率響應特性、判斷係統穩定性以及初步設計控製器方麵依然具有重要價值。 狀態空間方法：這是現代控製理論的核心標誌之一。本書將深入介紹狀態空間錶示法，包括係統矩陣、輸入矩陣、輸齣矩陣和直接傳輸矩陣。通過狀態方程和輸齣方程，讀者將學會如何用一組一階微分方程（或差分方程）來完整描述係統的內部狀態和外部輸齣。這種方法能夠處理多輸入多輸齣（MIMO）係統，且對非綫性係統的描述也更加靈活。 最優控製：當係統的性能指標無法僅通過穩定性來衡量時，最優控製理論應運而生。本書將探討如何設計控製器，使得係統在滿足一定約束條件的前提下，達到某個性能指標的最優，例如最小化能量消耗、最短化響應時間等。例如，龐特裏亞金最小值原理和動態規劃等方法，將是學習最優控製的重要工具。 狀態估計與觀測器設計：在實際控製係統中，並非所有係統的狀態都能被直接測量。狀態估計器（或觀測器）就是用來通過可測量的輸齣信號來重構不可測量狀態的數學模型。本書將介紹諸如李曼-沃爾什（Luenberger）觀測器等經典狀態估計方法，以及卡爾曼濾波器等在包含噪聲情況下的最優估計方法。 離散時間係統：隨著數字計算機在控製係統中的廣泛應用，離散時間係統分析變得愈發重要。本書將係統地介紹離散時間係統的建模、穩定性分析以及控製器設計方法，包括Z變換、脈衝響應等概念。 理論聯係實際：案例分析與工程應用 本書的價值不僅僅在於理論的闡述，更在於它如何將這些深奧的理論轉化為解決實際問題的工具。作者會在適當的時候穿插具體的工程實例，例如飛行器姿態控製、機器人軌跡跟蹤、過程工業的溫度和壓力控製等，來展示現代控製理論在不同領域的應用。通過這些案例，讀者能夠更直觀地理解理論概念的物理意義，以及如何將數學模型轉化為實際的控製器設計。 學習路徑與讀者收益 本書適閤具備一定高等數學、綫性代數和基礎電路知識的本科生和研究生。對於從事自動化、控製工程、機器人、航空航天等領域的工程師和研究人員，本書也是一本極具參考價值的工具書。 通過係統學習本書，讀者將能夠： 1. 建立紮實的理論基礎：掌握現代控製理論的核心概念、數學工具和分析方法。 2. 提升係統建模能力：能夠將實際工程問題抽象為數學模型，並選擇閤適的建模方法。 3. 掌握控製器設計技術：學會設計滿足性能要求的控製器，包括PID控製器、狀態反饋控製器、觀測器等。 4. 分析係統性能：能夠準確評估係統的穩定性、動態響應特性以及魯棒性。 5. 理解前沿研究方嚮：為進一步學習非綫性控製、自適應控製、智能控製等更高級的主題打下基礎。 6. 增強工程實踐能力：將理論知識應用於解決實際工程中的控製問題。 總而言之，《現代控製理論》是一本旨在培養讀者洞察和駕馭復雜動態係統的能力的教材。它不僅僅是知識的傳遞，更是思維的啓迪。掌握瞭書中的理論與方法，就如同掌握瞭一雙“智慧之眼”，能夠清晰地看到自動化世界運行的內在規律，並具備改變和優化這些規律的能力，為未來科技的飛速發展注入源源不斷的動力。

評分☆☆☆☆☆

說實話，剛拿到這本書的時候，我還有點擔心它會不會過於偏重理論而忽略瞭工程實踐。畢竟，控製理論最終是要用在機器和係統上的。然而，這本書完美地平衡瞭這一點。它的內容編排邏輯非常貼閤實際工程的開發流程。例如，在講到係統建模時，它不僅介紹瞭基於物理規律的建模，還花瞭相當篇幅講解瞭如何利用實驗數據進行辨識建模，這在實際的工業現場中是至關重要的技能。而且，書中很多案例都帶有鮮明的工程背景，比如飛行器姿態控製、化工過程的溫度調節等，這些都讓抽象的控製算法有瞭具體的應用場景。這種“理論指導實踐，實踐反哺理論”的良性循環，是這本書最大的亮點之一。我個人覺得，即便是對於那些已經工作多年、需要迴顧和提升理論水平的工程師來說，這本書的價值也無可替代，因為它能幫你係統地梳理那些在實際工作中可能被忽略的關鍵環節。

評分☆☆☆☆☆

這本《現代控製理論》真是讓我這個初學者大開眼界，雖然我還在摸索階段，但書裏的講解方式真是太清晰瞭。它不像有些教材上來就甩一堆公式，而是循序漸進地引導你理解背後的邏輯。比如，在介紹狀態空間錶示法的時候，作者花瞭大篇幅去解釋為什麼這種方法比傳統的傳遞函數模型更具係統性和通用性，這一點對我們理解現代控製係統的核心思想至關重要。書中豐富的圖例和實例，簡直是神來之筆，很多抽象的概念，通過那些生動的圖形瞬間就變得直觀可感瞭。我記得有一章講到李雅普諾夫穩定性理論，本來以為會非常枯燥，結果通過好幾個具體的機械臂控製案例，讓我真切體會到理論的實用價值。而且，這本書的編排非常注重理論與實踐的結閤，每一章的末尾都有配套的習題，這些習題的難度設置也很有層次感，從基礎鞏固到深入思考，非常有助於鞏固學習效果。我感覺，這本書與其說是一本教材，不如說是一位經驗豐富的老教授在手把手地教你如何駕馭復雜的控製係統，那種匠心獨運的設計，讓人讀起來心悅誠服。

評分☆☆☆☆☆

我得說，這本教材的深度和廣度確實配得上“全國規劃教材”的稱號。它不僅僅滿足於講解經典的綫性係統控製，更將視野拓展到瞭非綫性和魯棒控製的前沿領域。對於已經有一定基礎的同學來說，這本書無疑提供瞭一個非常紮實的進階平颱。書中對於最優控製的討論尤為精彩，LQR控製器、H無窮控製器的推導過程，雖然涉及大量的矩陣運算，但作者的邏輯鏈條極其嚴密，讓你能清晰地看到每一步數學操作背後的物理意義。我特彆欣賞作者在處理復雜理論時所保持的那份嚴謹性，引用瞭最新的研究成果，使得這本書的時效性非常強。它沒有迴避那些計算量大的部分，而是將其作為鍛煉讀者分析能力的絕佳機會。讀完後，我感覺自己對係統辨識和自適應控製有瞭一個全新的認識，不再是零散的知識點堆砌，而是一個有機的整體。對於想從事高性能控製係統設計工作的工程師來說，這本書絕對是案頭的必備良器，它提供的理論框架足夠支撐你去探索更深層次的問題。

評分☆☆☆☆☆

這本書的特色在於它對“魯棒性”和“不確定性”的強調，這絕對是區彆於老式教材的關鍵所在。在今天的復雜工程環境中，係統參數的微小波動或外部乾擾都是不可避免的，如何設計齣對這些不確定性“不敏感”的控製器，是衡量一個控製係統是否真正成熟的標準。該書在這方麵的內容組織得極為精妙，從早期的經典魯棒性指標，到後來先進的$H_infty$控製和模型預測控製（MPC），層層遞進，深入淺齣地展示瞭應對不確定性的各種工程智慧。尤其是MPC的介紹，它將優化算法與實時控製緊密結閤的方式，讓我看到瞭未來智能控製的發展方嚮。讀完這部分，我不再滿足於簡單地“讓係統穩定”，而是開始思考“如何在各種約束和乾擾下，讓係統以最優的方式運行”。這種思維層次的提升，纔是真正一本優秀教材能帶給讀者的最大財富。

評分☆☆☆☆☆

從閱讀體驗的角度來看，這本書的排版和術語的一緻性做得非常齣色，這在專業教材中往往是個容易被忽視的細節。在控製理論這個高度符號化的領域，術語的精確性直接決定瞭學習效率。這本書在這方麵做得非常到位，幾乎所有的符號定義都清晰明確，而且在首次齣現復雜符號時都有詳細的注解，極大地減少瞭反復查閱的需要。此外，它對不同流派控製思想的介紹也體現齣一種開放和包容的態度，比如對經典控製和現代控製的銜接處理得非常自然，讓人明白現代控製並非是完全推翻前人成果，而是在更高維度上對問題進行更全麵的審視和解決。這種對知識體係完整性的尊重，讓讀者在學習時感到非常順暢，思維的跨越也因此變得更加平滑。我甚至覺得，光是學會如何閱讀和理解這本書中的數學錶達，本身就是一種寶貴的訓練。