Nonlinear H2/ H Infinity Constrained Feedback Control pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Abu-khalaf, Murad/ Huang, Jie/ Lewis, Frank L.

出品人:

頁數:203

译者:

出版時間:

價格:119

裝幀:HRD

isbn號碼:9781846283499

叢書系列:

圖書標籤:

• 控製理論
• H2控製
• H∞控製
• 非綫性控製
• 反饋控製
• 魯棒控製
• 最優控製
• 係統控製
• 現代控製
• 約束優化

掌控復雜動態：非綫性與最優控製的融閤 在現代工程實踐中，我們經常麵臨著對復雜、不確定且充滿約束的動態係統進行精確控製的挑戰。從航空航天器的精確姿態調整，到化學反應器的穩定運行，再到機器人手臂的靈巧運動，這些係統往往錶現齣非綫性行為，並且在設計過程中需要滿足諸多性能指標和安全約束。傳統的綫性控製理論在處理這些問題時顯得力不從心，因此，發展更為強大的控製策略，能夠有效應對非綫性和最優性需求，變得至關重要。《非綫性 H2/H∞ 約束反饋控製》一書正是聚焦於這一前沿領域，深入探討瞭如何設計齣既能保證係統穩定性，又能實現最優性能，同時還能滿足一係列嚴格約束的反饋控製器。 本書並非僅僅是理論的堆砌，而是旨在為工程師和研究人員提供一套係統性的方法論和一套實用的工具，用以解決現實世界中復雜控製係統的設計難題。它將深入剖析非綫性控製的核心概念，並將其與兩種重要的最優控製框架——H2 和 H∞ 控製理論——有機地結閤起來。通過對這兩大理論的深刻理解與融匯貫通，讀者將能夠構建齣具有魯棒性、最優性和安全性的先進控製係統。 核心理論基石：深入理解非綫性係統 任何復雜的控製問題，其根源都離不開對被控對象——係統的深入理解。本書將首先奠定紮實的非綫性係統理論基礎。這包括但不限於： 狀態空間描述與非綫性方程組： 深入探討非綫性係統的數學模型錶示，理解其微分方程組的特性，以及如何從物理機理齣發建立精確的模型。 平衡點與穩定性分析： 學習如何確定係統的平衡點，並運用李雅普諾夫穩定性理論、綫性化方法以及其他非綫性穩定性判據來分析係統的局部和全局穩定性。這將幫助我們判斷係統在擾動或參數變化下的行為。 奇異攝動與模型降階： 對於包含快慢動態的復雜非綫性係統，理解奇異攝動理論及其在模型降階中的應用，有助於我們簡化係統模型，降低控製器的設計復雜度，同時不顯著犧牲性能。 反饋綫性化： 探討如何通過巧妙的輸入-輸齣反饋，將原本非綫性的係統轉化為等價的綫性係統，從而可以運用成熟的綫性控製技術進行設計。書中將詳細介紹精確反饋綫性化和近似反饋綫性化的原理及適用範圍。 幾何方法與微分幾何： 對於更深入的非綫性分析，本書還將觸及微分幾何的工具，例如可控性、可觀測性代數條件，以及如何利用這些幾何特性來指導控製器的設計。 最優控製的利器：H2 和 H∞ 控製理論 在掌握瞭非綫性係統的基礎知識後，本書將引入兩種強大的最優控製理論，為控製器的設計提供性能保證和魯棒性。 H2 控製：最小化方差的卓越性能 H2 控製理論的核心思想在於最小化係統輸齣的均方值（或者說，能量）。本書將詳細闡述 H2 控製的數學框架，包括： L2 增益的概念： 理解 L2 範數在係統分析中的意義，以及如何衡量係統對輸入擾動的敏感度。 狀態反饋與輸齣反饋 H2 控製器設計： 介紹如何設計全狀態反饋和部分狀態反饋（輸齣反饋）的 H2 控製器，以達到對特定性能指標的優化。 Riccati 方程的應用： 深入講解 Riccati 方程在 H2 控製器設計中的核心作用，以及其求解方法。 閉環係統的時間響應與頻率響應分析： 理解 H2 控製器如何影響係統的瞬態響應和穩態響應，以及其在頻域上的錶現。 H∞ 控製：最大化魯棒性的安全保障 H∞ 控製理論則側重於保證係統在存在不確定性（如模型誤差、外部擾動）時，其性能不會過分下降，即具有魯棒性。本書將詳盡講解 H∞ 控製的原理： H∞ 範數與有界實引理： 深入理解 H∞ 範數如何衡量係統對最壞情況擾動的響應，以及有界實引理在魯棒控製中的地位。 狀態反饋與輸齣反饋 H∞ 控製器設計： 介紹如何設計能夠保證閉環係統 H∞ 範數小於某個預設值的控製器。 交錯 Riccati 方程的求解： 講解 H∞ 控製器設計中遇到的交錯 Riccati 方程，以及其求解技術。 處理不確定性模型： 探討如何將模型的參數不確定性、結構不確定性等形式化，並運用 H∞ 控製器來抵禦這些不確定性帶來的影響。 融閤與創新：非綫性 H2/H∞ 約束反饋控製 本書的精髓在於將上述非綫性控製、H2 控製和 H∞ 控製理論進行有機融閤，並在此基礎上引入“約束”的概念。這使得控製器設計不再局限於單一的最優性指標，而是能夠同時滿足多重性能要求和工程限製。 非綫性 H2 控製器設計： 本書將探討如何設計針對非綫性係統的 H2 最優控製器。這通常需要藉助一些近似方法，例如基於綫性化係統的 H2 控製器設計，或者利用非綫性係統理論工具（如微分幾何）來推導齣適閤非綫性結構的 H2 控製律。理解如何將綫性 H2 控製的原理推廣到非綫性領域是關鍵。 非綫性 H∞ 控製器設計： 同樣，本書將深入研究如何設計用於非綫性係統的 H∞ 控製器。這涉及到如何處理非綫性擾動和不確定性，以及如何保證閉環係統在惡劣環境下的穩定性與性能。可能的方法包括基於非綫性 LMIs（綫性矩陣不等式）的控製器設計，或者利用李雅普諾夫函數和矩陣不等式來推導魯棒控製器。 約束反饋控製： “約束”是本書的一大特色，也是其在實際應用中的重要價值所在。本書將詳細介紹如何將各種實際工程中的約束條件納入控製器設計框架： 狀態約束： 例如，機器人手臂的關節角度限製，飛機的飛行高度限製，這些都需要控製器保證係統的狀態變量始終在允許的範圍內。 輸入（控製量）約束： 控製器的輸齣（例如，電機的驅動電壓、舵機的角度）通常有其物理限製，本書將討論如何設計控製器以避免這些限製被超越，防止係統過載或損壞。 輸齣約束： 某些特定的輸齣量也可能需要滿足特定的範圍要求，本書將提供相應的處理方法。 性能約束： 除瞭 H2 和 H∞ 所隱含的性能要求外，可能還有其他直接的性能指標，例如超調量、上升時間等，本書將探討如何將這些約束融入設計。 混閤 H2/H∞ 控製： 在許多實際應用中，我們既希望係統具有良好的穩態性能（H2 目標），又希望其對擾動和不確定性具有良好的魯棒性（H∞ 目標）。本書將介紹如何設計混閤 H2/H∞ 控製器，以同時滿足這兩種性能指標，實現摺衷優化。 模型預測控製 (MPC) 與非綫性 H2/H∞ 的結閤： 本書將進一步探索將非綫性 H2/H∞ 控製的思想融入模型預測控製（MPC）框架。MPC 以其固有的處理約束的能力和預測控製的優勢，與本書所討論的先進控製技術結閤，能夠實現更加智能化和精細化的控製。 實踐應用導嚮：理論與工具 《非綫性 H2/H∞ 約束反饋控製》一書不僅僅局限於理論推導，更注重為讀者提供解決實際問題的思路和方法。 清晰的推導過程： 各個控製理論的推導過程將清晰呈現，幫助讀者理解公式背後的物理意義和數學原理。 典型算例分析： 通過豐富的理論算例，演示如何應用所學的控製理論和方法來解決具體的控製問題，包括係統建模、控製器設計、仿真分析等環節。 算法實現與工具介紹： 書中可能還會介紹一些常用的控製係統設計軟件和仿真工具，例如 MATLAB/Simulink 中的相關工具箱，以及如何將理論轉化為可執行的算法。 目標讀者： 本書適閤以下人群閱讀： 工業界的控製工程師： 緻力於解決復雜、非綫性、高魯棒性要求的控製工程問題，例如航空航天、汽車、機器人、過程控製等領域的工程師。 從事控製理論研究的研究生和科研人員： 希望深入瞭解非綫性控製、最優控製和魯棒控製的前沿理論，並將其應用於自己的研究工作中。 高等院校相關專業的學生： 對先進控製理論有濃厚興趣，希望拓展知識麵，為未來的學習和職業生涯打下堅實基礎。 通過閱讀《非綫性 H2/H∞ 約束反饋控製》，讀者將能夠建立起一套強大的控製係統設計思維，掌握處理復雜動態係統的關鍵技術，從而為設計齣更高效、更安全、更可靠的工程係統提供有力支撐。本書將是一本不可多得的，能夠引導您跨越理論與實踐鴻溝的寶貴參考。

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