现代控制理论

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页数:260
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出版时间:2003-8
价格:22.00元
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isbn号码:9787562428343
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  • 控制理论
  • 现代控制
  • 自动控制
  • 系统分析
  • 数学模型
  • 状态空间
  • 最优控制
  • 鲁棒控制
  • 自适应控制
  • 控制系统
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具体描述

《自动化专业本科系列教材•现代控制理论》从多变量系统建模、性能分析和系统综合角度阐述了现代控制理论的基础知识和方法。《自动化专业本科系列教材•现代控制理论》共分5章和一个附录,分别介绍了状态空间法的基本概念、多变量系统的时域频域建模方法、系统状态转移矩阵的概念和系统方程求解的方法、系统能控能观性的概念、判据以及系统结构分解定理、系统的稳定性概念及相关判定定理,最后介绍了多变量系统综合的基本方法。各章还介绍了用MATLAB实现本章理论、算法的方法和函数。

经典力学前沿:从拉格朗日到哈密顿的跨越 内容简介 本书深入探讨了经典物理学体系中,从牛顿力学向更抽象、更具普适性的理论框架演进的关键路径。我们聚焦于解析力学的两大支柱——拉格朗日力学与哈密顿力学,并辅以必要的背景知识和现代应用视角,旨在为读者构建一个连贯而深刻的理论认知体系。 第一部分:牛顿力学的局限与解析方法的引入 本部分首先回顾了牛顿运动定律在处理复杂约束系统时的内在缺陷。传统的基于力的分析,在面对复杂的几何约束(如约束力难以直接计算或引入过多冗余变量)时,显得力不从心。 约束系统的挑战: 详细分析了单形约束、双形约束(如刚体、链条、滑轮系统)在牛顿框架下的建模难度。探讨了如何利用约束力进行简化,但同时也揭示了这种简化在理论上的局限性——我们对约束力的了解往往滞后于对系统运动的描述。 虚位移与达朗贝尔原理: 引入了虚位移的概念,这是从微分形式向积分形式过渡的桥梁。我们详尽阐述了达朗贝尔原理(D'Alembert's Principle)的物理意义,即惯性力与约束力的“虚功”为零,这标志着我们开始将关注点从力的平衡转移到能量和功的平衡上,从而为构建更优雅的数学框架奠定了基础。 第二部分:拉格朗日力学的几何美感与动力学统一 拉格朗日力学是利用能量概念描述系统动力学的强大工具。本部分将系统地推导和应用欧拉-拉格朗日方程。 坐标变换与广义坐标: 详细论述了选择合适的广义坐标(Generalized Coordinates)对于简化问题描述的重要性。讨论了坐标变换的合法性条件,即变换必须是完整的、充分的、且独立的。 拉格朗日量与动能、势能: 明确定义了动能 $T$ 和势能 $V$ 在不同坐标系下的表达形式。重点讨论了保守力场和非保守力场(如耗散力、广义力)下,如何构建拉格朗日函数 $L = T - V$ 以及引入广义力 $Q_i$。 欧拉-拉格朗日方程的推导与应用: 严格推导出描述系统运动的微分方程组。通过一系列经典案例,如单摆、双摆、动点的运动、以及含约束的陀螺仪运动,展示了拉格朗日方程如何将复杂的矢量运算转化为一组标量的微分方程,极大地简化了动力学分析。 守恒量与诺特定理的初步探讨: 虽然诺特定理(Noether's Theorem)的完整形式更适合在哈密顿力学中深入探讨,但本部分会初步展示,当拉格朗日量不显含某一广义坐标时(即该坐标对应的广义动量守恒),系统存在一个守恒量,这为理解系统的对称性与守恒定律之间的深刻联系提供了直观入口。 第三部分:从拉格朗日到哈密顿的深刻转变 本部分是全书的理论核心,探讨如何通过勒让德变换将描述时间演化的拉格朗日形式转化为描述相空间动力学的哈密顿形式。 广义动量与正则变换的基础: 明确定义了与广义坐标相共轭的广义动量 $p_i = frac{partial L}{partial dot{q}_i}$。随后,通过勒让德变换,导出了哈密顿函数 $H(q, p, t) = sum_i p_i dot{q}_i - L$。本书强调,哈密顿量在特定条件下(定常约束、势能只依赖于坐标)即为系统的总能量。 哈密顿正则方程: 推导并详细分析了描述系统在相空间中演化的两组一阶微分方程——哈密顿正则方程。分析这些方程的特性,如它们的一致性、保守性,以及它们相比于二阶的欧拉-拉格朗日方程在形式上的对称性。 泊松括号与相空间流: 引入泊松括号 ${A, B}$ 作为描述两个物理量之间相互作用的代数结构。阐述了泊松括号如何定义任何物理量随时间的演化率 $frac{dA}{dt} = {A, H} + frac{partial A}{partial t}$。深入探讨了哈密顿量的泊松括号性质,并解释了为什么泊松括号是分析系统守恒律(如守恒量对应于与 $H$ 泊松括号为零的量)的终极工具。 第四部分:正则变换与分析力学的深化 解析力学的力量不仅在于描述特定系统,更在于其抽象的变换能力。 生成函数与正则变换的性质: 详尽讲解了如何使用四种生成函数来执行“正则变换”,即从一组 $(q, p)$ 坐标变换到另一组新的正则坐标 $(ar{q}, ar{p})$ 的过程。强调了正则变换的判据(雅可比行列式的特定值为 $pm 1$)以及它们如何保持哈密顿方程的形式不变性(即保持系统的基本动力学结构)。 守恒律的完备性检验——典范变换: 阐述了如何利用生成函数,特别是第二类生成函数,来寻找系统的守恒量。当系统拥有与自由度数量相等的、互相泊松括号为零的守恒量时,系统即被认为是“可积分的”(Integrable)。 从经典到量子的桥梁: 虽然本书主要关注经典力学,但最后将简要回顾哈密顿形式如何天然地过渡到量子力学。通过将泊松括号中的 ${, }$ 对应到量子力学中的对易子 $[hat{A}, hat{B}] / (ihbar)$,展示了经典力学作为量子力学极限的内在联系。 本书特色 本书注重理论的严谨性、数学的完整性,同时强调物理图像的清晰性。它避免了对现代控制理论中状态空间模型、李雅普诺夫稳定性分析等现代工具的直接引用和依赖,而是立足于19世纪至20世纪初成熟的理论物理方法论,为理解系统的结构、对称性、以及守恒定律提供了最本质的数学描述。阅读本书,读者将掌握处理任何复杂保守或准保守系统的通用解析工具。

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,或者说它封面上的那个名字,总是让我产生一种莫名的期待。我一直觉得,“现代控制理论”这个概念本身就带着一种未来感和解决问题的力量。想象一下,那些复杂的系统,无论是飞行器的姿态控制,还是工厂生产线的自动化,甚至是更微观的机器人手臂的精确运动,背后都有着一套看不见的、精密的“现代控制理论”在指挥。我之前接触过一些基础的控制概念,比如闭环反馈,感觉就像是给一个系统装上了“眼睛”和“大脑”,让它能够自我修正,达到预设的目标。但是,我总觉得那些还不够“现代”,不够能够应对现实世界中那些瞬息万变、充满不确定性的挑战。这本书的书名,就像一个承诺,承诺要揭示那些更深层次、更智能、更能适应复杂环境的控制方法。我希望它能让我理解,如何设计出能够预测故障、具备自适应能力的系统,甚至是如何让系统在学习中不断进步。这不仅仅是技术层面的追求,更是一种对工程智慧的向往。我希望通过阅读这本书,我能够触碰到那个能让世界运转得更高效、更智能的“幕后推手”。

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每次翻阅一本关于“理论”的书,我总会有一种探索未知的兴奋感。尤其是当这个“理论”与“现代”和“控制”这两个词组合在一起时,那种感觉更加强烈。《现代控制理论》这个书名,让我联想到那些能够让无数精密设备高效运行,让各种自动化系统完美协作的“幕后英雄”。我猜测,这本书会深入剖析如何建立和分析复杂系统的数学模型,如何设计出能够应对各种干扰和不确定性的控制器,以及如何优化系统的性能,使其达到最佳的工作状态。我期待能够理解那些先进的控制策略,例如如何让一个系统具备“学习”的能力,能够根据环境的变化自动调整其控制行为。这种能力,在当今快速变化的时代显得尤为重要。我希望这本书能让我看到理论如何从抽象的数学概念转化为驱动现代科技进步的强大动力。

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我一直对“理论”这个词抱有一种既敬畏又好奇的态度。它似乎代表着一种抽象的、高度概括的知识体系,但同时又蕴含着解决实际问题的强大力量。当我看到《现代控制理论》这个书名时,脑海里立刻浮现出那些在工程领域解决重大难题的经典案例。我想象着,那些曾经看似无法克服的工程挑战,比如让高速列车平稳运行,或者让精密仪器在极端环境下保持稳定,是不是都得益于这背后一套精妙的“现代控制理论”?我希望这本书能够带领我深入了解这些理论的核心思想,理解它们是如何从数学模型构建开始,一步步演化出解决实际工程问题的方案的。我期待能学到关于状态空间、稳定性分析、最优控制、鲁棒控制等概念,并理解这些概念在不同应用场景下的具体体现。我渴望那种“豁然开朗”的感觉,能够将那些抽象的数学符号与生动的工程实例联系起来,看到理论如何转化为现实的生产力,如何驱动着现代工业和社会的发展。

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这本书的名字,《现代控制理论》,总能勾起我对工程领域最前沿探索的向往。我总觉得,控制理论是连接了我们对系统“意图”的设定和系统实际“行为”的桥梁。在过去,简单的反馈控制已经取得了巨大的成功,但随着科技的飞速发展,我们面临的系统越来越复杂,要求也越来越苛刻。我希望这本书能够带领我进入一个更广阔的控制世界,让我理解那些能够应对高维、非线性、随机性甚至是智能化的控制技术。我期待能够学到诸如卡尔曼滤波、最优估计、滑模控制、内模控制等经典而强大的控制方法,并理解它们是如何被应用于航空航天、机器人、生物医学等各个尖端领域的。我相信,这本书将为我打开一扇新的大门,让我能够更深入地理解如何设计出更智能、更高效、更可靠的控制系统。

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我一直对那些能够让系统“自主”完成任务的技术感到着迷。想想看,自动驾驶汽车如何在复杂的交通环境中做出实时决策,或者机器人如何在未知环境中自主导航,这些都离不开强大的“控制理论”的支撑。《现代控制理论》这个名字,直接点燃了我对此类技术的探索欲望。我期待这本书能够带领我深入了解那些能够让系统具备更高智能和更强适应性的控制方法。我希望能够学习到如何处理系统的非线性特性、如何设计能够应对模型不确定性的控制器,以及如何通过优化算法来提高系统的性能。我渴望理解那些能够让系统从数据中学习并改进自身表现的机器学习在控制领域的应用,以及如何构建出真正意义上的智能控制系统。这本书,对我来说,意味着 unlocking the secrets of intelligent automation.

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对于我这样一个对系统动力学和自动化充满热情的人来说,《现代控制理论》这个书名就像是一份邀请,邀请我去探索工程智慧的深邃之处。我一直对那些能够让复杂的物理过程被精确捕捉、被有效管理、并最终被优化到极致的理论体系感到由衷的敬佩。我希望这本书能够深入浅出地介绍那些支撑现代自动化和智能化系统的核心控制原理。从如何理解和描述系统的动态行为,到如何设计出能够实现精确跟踪、稳定控制和性能优化的控制器,我希望这本书都能给予详尽的解答。我尤其期待能够学习到关于状态反馈、可控性、可观测性等基础概念的深入理解,以及如何将它们推广应用于更复杂的系统。这本书,在我看来,是通往掌握那些让现代工业和社会高效运转的关键技术的必经之路。

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我一直对那些能够让系统“聪明”起来的技术充满好奇。所谓“聪明”,在我看来,就是能够自主地分析情况,做出最优决策,并根据环境的变化不断调整自身行为的能力。《现代控制理论》这个书名,恰恰点出了我心中所追求的这种能力。我猜想,这本书会深入探讨如何构建系统的精确数学模型,如何利用这些模型来预测系统的未来行为,以及如何设计出能够引导系统达到期望状态的控制器。我特别希望能够学习到那些能够处理系统不确定性和外部干扰的控制方法,例如鲁棒控制,它能让系统在面对未知因素时依然保持稳定;还有最优控制,它能够指导系统以最高效的方式实现目标。我渴望通过这本书,能够掌握这些现代控制的精髓,并将其应用于解决那些需要高度智能化和自适应性的工程问题。

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我一直对工程师们如何让那些庞大而复杂的机器精确地协同工作感到着迷。从飞机起降时的精密操控,到卫星在太空中稳定运行,再到工厂里数以万计的传感器和执行器协同工作,这一切的背后,必然有一套深刻而强大的理论在支撑。《现代控制理论》这个书名,对我来说,就是通往理解这些奇迹的钥匙。我希望这本书能够详细地介绍那些能够处理非线性、时变、多输入多输出(MIMO)等复杂系统特性的控制方法。我尤其感兴趣的是那些能够保证系统在各种扰动下都能稳定运行的鲁棒控制理论,以及那些能够让系统在满足特定性能指标(如快速响应、低超调、零稳态误差)的同时,还能消耗最少能量的最优控制理论。我期待这本书能够给我提供一套系统性的理论框架,让我能够理解并应用这些先进的控制思想,去解决现实世界中那些令人头疼的工程难题。

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对于一个工程领域的学习者来说,“现代控制理论”这个词就像一座宝藏的入口,里面隐藏着通往更高级、更复杂系统设计的钥匙。我过去学习的控制知识,更多的是停留在基础的 PID 控制阶段,那是一种非常直观但也相对简单的方法。然而,现实世界的系统远比那要复杂得多,充满了非线性、时变、不确定性以及多变量耦合等问题,这些都是简单的 PID 控制难以应对的。我期望这本书能够填补我在这方面的知识空白,让我能够理解那些能够处理更复杂情况的先进控制方法。我希望书中能够详细阐述诸如模型预测控制(MPC)、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等现代控制技术,并且能够给出清晰的数学推导和实际应用案例。我渴望通过阅读这本书,能够获得设计和分析复杂控制系统的能力,从而能够解决我在学习和未来工作中可能遇到的更具挑战性的工程问题。

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在我看来,控制理论是连接数学语言与工程实践的桥梁,而“现代”则代表着它在当今科技浪潮中的最新发展和最前沿应用。《现代控制理论》这个书名,让我充满了对未知领域探索的期待。我一直好奇,那些让复杂的工程系统能够如此精确、稳定且高效地运行的背后,究竟隐藏着怎样的理论和方法。我希望这本书能够系统地介绍那些能够处理非线性、时变、多变量以及不确定性系统的先进控制技术,例如状态空间分析、最优控制、鲁棒控制、自适应控制等。我期待能够理解这些理论是如何从数学原理出发,一步步演化出解决实际工程问题的解决方案,并最终应用于航空航天、机器人、自动化生产等各个领域。这本书,对我而言,是理解现代工程之精髓、掌握未来科技之命脉的关键。

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