迭代学习控制

迭代学习控制 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防工业出版社
作者:孙明轩等
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1999-5
价格:19.00元
装帧:
isbn号码:9787118019902
丛书系列:
图书标签:
  • 学习
  • 控制理论
  • 迭代学习
  • 自适应控制
  • 机器人控制
  • 优化算法
  • 机器学习
  • 智能控制
  • 过程控制
  • 信号处理
  • 系统辨识
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具体描述

现代控制理论与先进控制技术综述 第一部分:经典控制理论的再审视与现代控制的基石 本书旨在为读者构建一个全面且深入的现代控制理论和先进控制技术知识体系,尤其侧重于系统辨识、状态空间方法、最优控制以及鲁棒控制等前沿领域。我们首先从经典控制理论(如传递函数、频率响应分析)的局限性出发,引出现代控制理论的必要性——即处理多变量系统、非线性问题和时变特性的能力。 第一章:系统动态行为的数学描述与辨识基础 本章深入探讨了连续时间与离散时间系统的数学建模方法。内容覆盖了常微分方程组的建立,状态空间表示法的系统性介绍,包括状态向量、输入矩阵、输出矩阵和系统矩阵的物理意义及其在工程中的转换方法。特别地,我们详细阐述了系统的能控性与可观测性分析,这是设计有效控制器和观测器的先决条件。 系统辨识部分是本书的重点之一。我们摒弃了传统上将辨识视为独立学科的做法,而是将其融入到控制系统设计的全流程中。主要内容包括: 1. 数据驱动的系统建模: 介绍数据采集的科学性、预处理技术(去噪、去趋势)以及实验设计(如选择激励信号的类型与功率)。 2. 参数估计方法: 详细讲解最小二乘法(LS)、加权最小二乘法(WLS)及其在在线辨识中的迭代形式(如递推最小二乘法,RLS)。我们不仅关注算法本身,更强调其在模型结构选择(如ARX、ARMAX、OE模型)和模型有效性验证(如残差白性检验、互相关分析)中的应用。 3. 非线性系统辨识挑战: 探讨如何利用核方法、局部模型方法(如SVR、LSSVM)来逼近复杂的非线性动态特性,为后续的非线性控制打下基础。 第二部分:状态空间方法与最优控制的数学严谨性 掌握了系统的准确描述后,我们将焦点转向如何基于这些描述来设计性能最优的控制器。 第二章:现代控制器的设计与极点配置 本章聚焦于利用状态反馈进行系统的精确控制。我们从线性二次调节器(LQR)理论的推导入手,详细解释了代价函数(二次型性能指标)的选取与权重矩阵(Q和R)对控制性能(控制律的平滑度与能量消耗)的直接影响。在此基础上,我们系统地介绍了极点配置技术,包括利用状态反馈实现特定动态响应的配置方法,以及如何通过齐格勒-尼科尔斯(Ziegler-Nichols)等启发式方法辅助确定反馈增益。 第三章:状态观测器的设计与估计理论 在许多实际应用中,系统的全部状态变量无法直接测量,这要求我们设计状态观测器。本章深入探讨了观测器理论: 1. Luenberger观测器: 阐述了如何通过观测器增益矩阵的设计,使得估计误差渐近收敛至零。 2. 卡尔曼滤波(Kalman Filtering): 作为最优线性状态估计的基石,本书对卡尔曼滤波的离散时间形式进行了详尽的推导。重点分析了系统噪声(过程噪声与测量噪声)的协方差矩阵(Q和R)在估计精度和响应速度之间的权衡。我们还扩展讨论了扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)在处理非线性系统状态估计中的应用原理和数值稳定性问题。 第三部分:先进控制技术的前沿探索 在理解了基于状态空间的线性控制优化后,本书将视线投向了更具挑战性的领域——针对不确定性和非线性系统的鲁棒设计方法。 第四章:鲁棒控制理论:应对模型不确定性 本章强调了在实际工程中,系统模型参数总存在误差和未建模动态(Unmodeled Dynamics)这一客观事实。鲁棒控制的核心思想是设计一个在不确定性范围内仍能保持稳定性和可接受性能的控制器。 1. $mathcal{H}_infty$ 控制理论: 这是本书鲁棒控制部分的重中之重。我们从广义系统的构造(性能输入、控制输入、加权函数)开始,系统阐述了如何将控制问题转化为求解一个最优的、具有特定衰减性能的上界 $gamma$ 的问题。内容将涵盖 $J$-代数和基于丢番图方程的求解方法,并对比了基于状态反馈和混合 $mathcal{H}_infty$ 控制器的设计流程。 2. $mu$ 综合理论基础: 针对结构化奇异值(Structured Singular Value)的分析,本章简要介绍了 $mu$ 理论的基本概念,用以分析具有特定结构不确定性的系统的鲁棒稳定性裕度,并探讨了如何利用 Linear Fractional Transformation (LFT) 来描述不确定模型。 第五章:非线性系统的分析与控制策略 非线性系统控制是现代控制理论中最活跃的研究方向之一。本书对几种主流的、具有普适性的非线性控制方法进行了深入介绍: 1. 李雅普诺夫稳定性理论: 详细阐述了直接法(能量函数法)和间接法(线性化法)在判断非线性系统稳定性时的适用范围和局限性。重点分析了利用二次型李雅普诺夫函数(CLF)设计稳定反馈律的原理。 2. 反步法(Backstepping): 作为一种系统化的非线性控制器设计工具,本书详细展示了反步法如何通过逐级递推的方式,将复杂的高阶非线性系统分解为一系列可控的虚拟子系统,从而构建出全局稳定的反馈控制器。我们将用具体的案例解析其递归过程和奇异性问题。 3. 滑模控制(SMC): 重点讨论了SMC的设计原理,即通过定义一个切换函数(Sliding Surface),迫使系统状态轨迹收敛并保持在该曲面上运动。内容将涵盖等效控制的计算、滑模面对参数不确定性的内在鲁棒性,以及“抖振”(Chattering)现象的产生机理及其基于奇异控制或高阶SMC的抑制方法。 第六章:先进控制在特定工程领域的应用与展望 最后,本章将理论知识与工程实践相结合。我们探讨了先进控制技术在以下关键领域中的集成应用: 1. 智能电网与能源系统控制: 讨论如何利用$mathcal{H}_infty$和LQR方法设计电能质量控制器、动态电压稳定器(DVS)以及风力涡轮机的最优变桨控制。 2. 航空航天与机动平台控制: 分析高超声速飞行器(HIFi)和无人机(UAV)在复杂气动环境下的模型不确定性,并探讨基于预测控制(MPC)的轨迹跟踪与避障问题。 3. 过程控制与优化: 侧重于模型预测控制(MPC)的核心算法,包括滚动时域优化、约束处理机制(对输入和状态的硬约束)以及如何处理系统延迟,以实现对工业过程的实时、最优运行。 本书结构严谨,推导详实,力求在数学深度与工程直观性之间取得平衡,为控制工程、自动化、电子信息等领域的科研人员和高级工程师提供一本高水平的参考著作。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的价值,我认为很大程度上体现在它对“工程落地”的重视程度上。很多控制理论的书籍,理论上完美无瑕,但一旦试图应用于实际的物理系统,总会因为模型误差、延迟或噪声等因素而束手无策。然而,这本书似乎预料到了这些现实世界的“陷阱”。它花了相当大的篇幅讨论了鲁棒性、安全约束的融入,以及如何在计算资源受限的嵌入式平台上实现这些复杂的优化算法。我特别欣赏其中关于“在线学习与离线策略评估”的对比分析,作者清晰地指出了当前学术界在算法验证上的主要缺陷,并提出了几套基于贝叶斯框架的评估体系,这为我们在实际部署系统前进行可靠性验证提供了坚实的理论基础和可操作的流程。这本书无疑拓宽了我对现代控制系统设计理念的认识,让我意识到,未来的控制工程师必须具备深厚的机器学习直觉,才能驾驭日益复杂的工业自动化挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得非常引人注目,深邃的蓝色背景搭配着如同神经网络结构般的金色线条,透露出一种严谨而又前沿的科技感。我是在一次学术研讨会上偶然发现它的,当时听了一场关于智能系统优化的报告,会后便被推荐了这本书。初翻阅时,它给我的第一印象是内容组织得极其清晰,结构逻辑严密得像是精密的算法流程。作者在开篇就构建了一个宏大的理论框架,将传统的控制论与现代的机器学习范式巧妙地融合在一起,试图解决传统控制系统在面对高度非线性和动态不确定性环境时的固有难题。尤其是关于如何有效利用历史数据进行模型自适应调整的那几章,文字阐述深入浅出,即便对于初次接触该交叉领域的读者来说,也能迅速把握其核心思想。书中引用的案例分析也颇具说服力,不再是停留在理论的空中楼阁,而是着眼于实际工程中的复杂场景,比如高精度机器人操作的路径规划,或者复杂化工过程的实时优化,这些都极大地激发了我进一步研读的兴趣,感觉它不仅仅是一本教科书,更像是一本指引未来研究方向的路线图。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和字体选择非常考究,阅读起来眼睛一点都不费力,这对于一本动辄数百页的技术专著来说,简直是福音。我花了整整一个周末沉浸其中,感受最深的是作者在深入探讨高级理论时的那种近乎偏执的细节追求。它不像某些畅销书那样追求概念的“高屋建瓴”,而是真正沉下心来,对每一个数学推导、每一个证明步骤都进行了详尽的阐述。特别是关于强化学习在连续控制空间中应用的章节,作者没有简单地罗列已有的算法,而是深入剖析了不同价值函数估计方法在收敛性和探索-利用权衡上的细微差别,并辅以大量的伪代码和图示来辅助理解。读到后面,我甚至开始思考作者是如何在如此庞杂的文献海洋中梳理出如此清晰的脉络的,那种对知识体系的掌控力,着实令人敬佩。这本书显然是为那些不满足于“知道怎么做”而更想探究“为什么是这样”的硬核读者量身定制的,每一个公式的出现都有其存在的理由和严格的推导依据,让人读后感到充实和踏实。

评分☆☆☆☆☆

不得不提的是,这本书的附录部分设计得极为精巧实用。它并未将所有复杂的数学证明塞入正文,而是将它们巧妙地收录在附录中,这保证了主体的流畅阅读体验,同时也满足了深度探究者的需求。附录中还包含了一份详尽的软件工具包介绍和API使用的建议,虽然我尚未完全投入代码实现阶段,但仅仅是阅读其结构说明,就能感受到作者希望读者能够“动手实践”的强烈愿望。此外,书中引用了大量的最新文献,并且更新速度明显快于许多同类书籍的再版周期,这说明作者团队对该领域的前沿动态保持着持续的关注和快速的响应能力。总而言之,这是一本集理论深度、工程实用性和前瞻性于一体的力作,对于任何致力于在智能控制领域有所建树的人士来说,都是一份不可多得的宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

从语言风格上来说,这本书保持了一种非常理性和客观的叙事基调,几乎没有任何情感色彩的渲染,完全是基于事实和逻辑的推进。但这种克制反而产生了一种独特的力量感,仿佛作者是站在一个极高的维度俯瞰整个学科的发展脉络。书中对不同流派、不同研究团队的贡献和局限性都给予了公正的评价,既没有过度美化任何单一的方法,也没有草率地否定任何一个有益的尝试。例如,在比较模型预测控制(MPC)与基于策略梯度的方法时,作者并没有简单地宣布谁优谁劣,而是细致地分析了它们各自的适用场景、计算成本以及对系统先验知识的需求。这种成熟、全面的视角,使得这本书超越了一般的教材范畴,更像是一部具有百科全书性质的参考巨著,适合作为研究生阶段的案头必备工具书,随时可以翻阅并从中汲取新的研究灵感。

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