Computational Methods for Controller Design pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Elia, N.

出品人:

頁數:153

译者:

出版時間:

價格:$ 81.30

裝幀:Pap

isbn號碼:9781852330750

叢書系列:

圖書標籤:

• 控製係統
• 計算方法
• 控製器設計
• 優化算法
• 數值分析
• 自動控製
• 係統建模
• 仿真
• MATLAB
• 工程應用

《現代控製係統設計與優化》 內容簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且實用的現代控製係統設計與優化框架。本書內容覆蓋瞭從經典控製理論基礎到先進自適應、魯棒控製策略的應用實踐，特彆強調瞭在復雜、非綫性、不確定係統環境下的工程化解決方案。全書結構嚴謹，理論推導詳實，並輔以大量的實際工程案例和仿真分析，力求將抽象的數學模型轉化為可操作的工程設計流程。 第一部分：控製係統基礎與建模 本部分首先迴顧瞭綫性時不變（LTI）係統的基本概念，包括狀態空間錶示法、傳遞函數模型以及係統的基本性能指標（如穩定性、暫態響應和穩態誤差）。 1. 係統辨識與模型獲取： 重點介紹瞭從實驗數據中提取精確係統模型的先進辨識技術。內容包括參數估計方法（如最小二乘法、擴展卡爾曼濾波（EKF）在參數跟蹤中的應用）、非綫性係統的結構辨識，以及模型在不同時間尺度下的簡化與降階處理，確保模型與實際物理過程的高度一緻性。 2. 時域與頻域分析的深化： 深入探討瞭李雅普諾夫穩定性判據在多輸入多輸齣（MIMO）係統中的擴展應用。在頻域部分，本書詳細闡述瞭奇異值分解（SVD）在分析係統輸入輸齣耦閤度、確定帶寬限製以及在控製設計中進行有效分解的重要性。對奈奎斯特圖和波德圖的解讀，也提升到瞭分析係統對參數不確定性的敏感度層麵。 第二部分：經典與現代控製設計方法 本部分是本書的核心，係統地介紹瞭如何根據係統特性選擇閤適的控製架構並進行具體設計。 3. 極點配置與狀態反饋設計： 詳細闡述瞭基於反饋綫性化思想的極點配置技術，包括可觀測性和能觀測性的概念在控製器設計中的作用。重點講解瞭當係統狀態無法完全測量時，如何設計觀測器（如Luenberger觀測器、卡爾曼濾波）與狀態反饋控製器相結閤的閉環控製結構（分離原理）。此外，本書對前饋控製的設計原理及其在消除已知擾動影響方麵的優勢進行瞭詳盡的論述。 4. 環路整形與頻率響應設計： 詳細分析瞭根軌跡、Bode圖在設計PID控製器及其改進型（如PD、PI、PID串聯校正）中的精細化應用。本書引入瞭“迴路整形”的概念，指導工程師如何通過串聯補償器（超前/滯後網絡）精確地調整係統的相位裕度和增益裕度，以滿足特定的瞬態響應和抗乾擾要求。 5. 優化控製：二次型調節器（LQR）： LQR作為現代控製設計的重要基石，本書對其推導過程進行瞭詳盡的講解，重點在於如何通過調整權重矩陣 $Q$ 和 $R$ 來平衡性能（狀態誤差）與控製努力（輸入能量）。同時，本書也介紹瞭最優調節器在有限時間區間上的離散化處理及其在求解代數Riccati方程時的數值穩定性問題。 第三部分：麵嚮不確定性的魯棒控製 麵對實際工程中模型誤差、參數攝動和外部噪聲，本部分聚焦於確保控製係統性能的魯棒性。 6. 魯棒性分析與結構不確定性： 本章引入瞭結構不確定性（Structured Singular Value, $mu$ 理論）的概念，用於精確量化係統對特定形式不確定性的敏感度。詳細解釋瞭如何構建“結構化”的奇異值分析模型，並闡述瞭在多頻帶上進行穩健性分析的必要性。 7. $H_{infty}$ 控製器設計： $H_{infty}$ 控製理論是保證控製係統在有界乾擾下性能的強大工具。本書係統地介紹瞭如何將控製問題轉化為求解一個標準的$H_{infty}$控製問題，即求解加權受控係統對擾動的最小化性能指標。內容涵蓋瞭連續時間與離散時間係統的求解方法，特彆是針對狀態反饋和輸齣反饋$H_{infty}$控製器的設計流程。 8. 適應性與自整定控製： 針對係統參數隨時間變化的工況，本書深入探討瞭自適應控製策略。詳細介紹瞭基於梯度法的間接自適應控製和基於模型參考的直接自適應控製的實現細節。特彆地，本書對參數估計的收斂性、控製器切換的平滑性以及如何避免“控製輸入的掛環”現象進行瞭深入的討論。 第四部分：非綫性係統控製與前沿技術 本部分將視角轉嚮更具挑戰性的非綫性領域，並介紹瞭應用於復雜係統的新興方法。 9. 反饋綫性化與滑模控製： 對於可進行微分平移的非綫性係統，本書詳述瞭輸入-輸齣反饋綫性化和狀態反饋綫性化的步驟，並討論瞭在係統模型不完全精確時綫性化方法的局限性。隨後，詳細介紹瞭滑模控製（SMC）的設計原理，包括如何通過設計切換函數（Switching Surface）來保證係統的期望動態行為，並討論瞭趨近律的選擇對“抖振”現象的影響及脈衝寬度調製（PWM）等抑製策略。 10. 模型預測控製（MPC）： MPC作為一種先進的優化控製方法，其核心在於利用實時模型預測係統未來的行為，並在每個采樣周期內求解一個有約束的優化問題。本書詳細講解瞭MPC的滾動時域優化原理、約束處理技術（包括硬約束和軟約束）、以及在綫求解二次規劃（QP）問題的數值挑戰與高效算法。 附錄： 包含必要的綫性代數迴顧、數值計算方法簡述（如矩陣指數計算、迭代求解Riccati方程）以及Matlab/Simulink環境下的主要控製設計工具箱使用指南，旨在幫助讀者快速將理論轉化為仿真驗證和實際部署。 本書適閤於自動化、電氣工程、機械工程、航空航天工程等領域的本科高年級學生、研究生以及從事控製係統研發和工程應用的專業人員閱讀和參考。

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