Linear Control Systems Analysis and Design pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:McGraw-Hill Education (ISE Editions)

作者:John J. D'Azzo

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1988-06-01

價格:0

裝幀:Paperback

isbn號碼:9780071001915

叢書系列:

圖書標籤:

• 控製係統
• 綫性係統
• 控製理論
• 係統分析
• 係統設計
• 自動控製
• 現代控製
• MATLAB控製
• 反饋控製
• 工程控製

現代控製理論：從基礎到前沿的係統動力學與控製設計 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的現代控製理論視角，涵蓋從經典控製到前沿自適應、最優控製的廣闊領域。本書的結構設計旨在平衡理論的嚴謹性與工程實踐的可操作性，特彆強調係統建模、性能分析、以及魯棒、高效的控製器設計方法。 --- 第一部分：係統基礎與時域分析 (Foundations and Time-Domain Analysis) 本部分為理解後續復雜控製策略奠定堅實的基礎，重點關注係統的基本描述、建模方法以及在時間域內的性能評估。 第1章：控製係統的基本概念與分類 深入探討控製係統的基本構成要素（傳感器、執行器、控製器）和反饋機製的原理。係統地介紹綫性與非綫性係統、連續時間係統與離散時間係統的本質區彆。詳細討論瞭開環與閉環控製的優缺點，並引入瞭係統動態性能指標，如上升時間、超調量、穩定裕度和穩態誤差，為後續的性能優化目標提供量化標準。 第2章：綫性時不變 (LTI) 係統的建模與描述 本章聚焦於如何將實際物理過程（如機械、電氣、熱力係統）轉化為數學模型。詳細闡述瞭微分方程錶示法、狀態空間錶示法 (State-Space Representation) 的構建過程。重點講解瞭如何利用拉普拉斯變換（針對連續係統）和Z變換（針對離散係統）進行係統框圖的代數簡化，並引入瞭傳遞函數 (Transfer Function) 的概念及其在單輸入單輸齣（SISO）係統分析中的核心地位。 第3章：時域響應分析與穩定性判據 本章深入分析係統在標準輸入信號（如單位階躍、單位脈衝）作用下的動態行為。詳細推導並分析瞭二階係統的典型響應特性。在穩定性方麵，本書嚴格闡述瞭李雅普諾夫（Lyapunov）穩定性理論的幾何意義與代數應用，並全麵對比瞭Routh-Hurwitz 判據在代數域中的應用，以及根軌跡 (Root Locus) 方法在分析閉環極點位置與增益變化關係中的直觀性和實用性。 --- 第二部分：頻域分析與經典控製設計 (Frequency-Domain Analysis and Classical Design) 本部分將視角從時間域轉移到頻率域，利用傅立葉分析的強大工具來評估係統的相對穩定性和抗乾擾能力，並介紹基於頻域特性的經典設計方法。 第4章：頻率響應與波特圖分析 係統地介紹頻率響應的概念，如何通過將輸入信號的頻率代入係統的傳遞函數得到輸齣的頻率響應。詳細講解瞭波特圖 (Bode Plot) 的繪製與解讀，包括增益裕度 (Gain Margin) 和相位裕度 (Phase Margin) 這兩個至關重要的相對穩定性指標。同時，引入瞭奈奎斯特 (Nyquist) 穩定性判據，闡述其在判斷復雜係統閉環穩定性方麵的普適性。 第5章：經典控製器設計：PID 及其改進 本章是工程實踐的核心。全麵講解瞭比例-積分-微分 (PID) 控製器的原理、參數對係統動態特性的影響（P、I、D 各項的貢獻）。本書不僅停留在理論層麵，更詳細討論瞭PID 參數的整定方法，包括 Ziegler-Nichols 方法的工程應用與局限性，以及基於頻域指標（如相位裕度要求）的精確設計流程。此外，還探討瞭前饋控製 (Feedforward Control) 在減少擾動影響方麵的應用。 第6章：根軌跡法在控製器設計中的應用 深入挖掘根軌跡的構造規則和工程意義。重點展示如何利用根軌跡圖來指導補償器的設計，例如添加超前/滯後補償器 (Lead/Lag Compensators)，以精確地將閉環極點放置在期望的位置，從而達到提高係統帶寬、優化瞬態響應和提高穩態精度的設計目標。 --- 第三部分：現代控製理論：狀態空間方法 (Modern Control Theory: State-Space Approach) 本部分轉嚮更強大的狀態空間描述，為處理多輸入多輸齣 (MIMO) 係統和非綫性係統打下堅實基礎。 第7章：狀態空間錶示法與係統分析 詳述狀態空間模型的建立，包括對物理係統的狀態變量選取。重點介紹係統的可控性 (Controllability) 和可觀測性 (Observability) 判據（利用 Gramian 矩陣），這是設計狀態反饋控製器和觀測器的前提條件。深入探討係統的模態分解（對角化），理解係統內部動態行為的解耦和耦閤特性。 第8章：狀態反饋控製與極點配置 本章核心在於極點配置 (Pole Placement) 技術。詳細推導瞭如何通過全狀態反饋 $u = -Kx$ 將閉環係統的極點任意配置到復平麵上的期望位置，從而完全重塑係統動態行為。同時，詳細闡述瞭觀測器設計（如 Luenberger 觀測器），用於估計不可測量的狀態變量，並結閤狀態反饋設計齣完整的狀態反饋控製律。 第9章：最優控製基礎：LQR 設計 引入性能指標函數的概念，特彆是二次型性能指標 (Quadratic Performance Index)。係統地推導綫性二次型調節器 (LQR) 的設計過程，強調其與極點配置的區彆——LQR 是在最小化性能指標的約束下自動確定最優的反饋增益 $K$，確保瞭係統性能和穩定性的平衡。 --- 第四部分：魯棒性、不確定性與高級主題 (Robustness, Uncertainty, and Advanced Topics) 本部分將理論推嚮工程應用的前沿，關注在實際存在建模誤差和外部擾動時的係統性能。 第10章：係統辨識與模型不確定性 認識到“完美模型”在現實中不存在，本章探討如何從實驗數據中辨識係統的動態模型（係統辨識的初步概念）。重點分析模型不確定性對閉環性能的衝擊，為下一章的魯棒控製奠定動機。討論如何通過攝動分析評估係統的魯棒性裕度。 第11章：魯棒控製導論：H∞ 理論概述 對現代控製理論中最具影響力的分支之一——$H_{infty}$ 控製進行入門級介紹。闡述 $H_{infty}$ 控製的目標是最小化係統對最壞情況擾動的敏感度，而非傳統方法僅關注特定參考信號。簡要介紹其在處理外部噪聲、傳感器誤差和模型不確定性時的優勢，以及其設計過程的基本框架（如約化問題）。 第12章：先進主題：非綫性和自適應控製簡介 對現代控製的兩大重要擴展領域進行概述： 1. 非綫性係統基礎： 介紹相平麵分析法（Phase Plane Analysis）和李雅普諾夫穩定性理論在非綫性係統中的直接應用，避免瞭綫性化帶來的局限性。 2. 自適應控製 (Adaptive Control)： 解釋當係統參數隨時間變化或完全未知時，如何通過在綫估計參數並實時調整控製器增益來實現跟蹤或穩定，介紹最基本的間接自適應控製和直接自適應控製的原理。 --- 本書的特點在於其結構化的邏輯推進：從直觀的時域響應開始，過渡到成熟的頻域分析，再升華到強大的狀態空間方法，最終落腳於處理實際工程中不可避免的魯棒性和不確定性問題。全書貫穿著從理論推導到實際工程應用的橋梁，力求培養讀者解決復雜動態係統控製難題的綜閤能力。

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拿起《Linear Control Systems Analysis and Design》這本書，我的第一反應是它那紮實的封麵設計，給人的感覺就是內容也同樣“硬核”。我當時正在進行一項關於動態係統建模的項目，對於如何從物理原理齣發，建立準確、可用的數學模型，以及如何分析這些模型的特性，感到有些力不從心。我非常希望能在這本書中找到關於“建模方法論”的係統介紹，比如如何選擇閤適的模型復雜度，如何處理非綫性係統在局部綫性化後的問題，以及模型參數辨識的技巧。更重要的是，我希望它能深入講解“係統辨識”這個主題，因為在很多實際工程問題中，我們無法直接獲得係統的精確模型，而需要從實驗數據中去估計。這本書的標題裏包含瞭“Analysis and Design”，這讓我對它在模型分析和控製器設計之間的連接寄予厚望。我希望它能清晰地展示，如何根據模型的分析結果，來指導控製器參數的整定，從而達到預期的性能指標。如果書中能夠提供一些關於模型驗證和控製器性能評估的度量標準和方法，那就更令人欣喜瞭，這將直接關係到我項目的最終成敗。

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這本書，哦，說實話，我拿到手的時候，滿懷期待，畢竟“Linear Control Systems Analysis and Design”這個名字聽起來就相當的紮實，直擊要害。我當時正處於一個攻剋某個棘手控製問題的瓶頸期，手裏就缺一本能夠幫我理清思路、提供係統性方法的寶典。翻開目錄，那些熟悉又陌生的名詞跳齣來，像是老友重逢，又像是等待被重新認識的挑戰。比如，看著“狀態空間法”那一章，我腦海裏立刻閃過實驗室裏那些復雜的模型和仿真結果，想著這本書會如何把理論與實踐的鴻溝填平。我尤其關注的是“穩定性分析”的部分，這可是控製係統的靈魂所在，沒有穩，何談準？還有“根軌跡”、“奈奎斯特圖”這些經典的工具，我期望能從中找到更深刻的理解，不僅僅是會畫圖，而是能真正洞悉其背後的物理意義和設計啓示。這本書的裝幀也很讓我滿意，紙張的質感，印刷的清晰度，都給人一種專業、可靠的感覺，這對於一本需要反復查閱的參考書來說，至關重要。我甚至還特意留意瞭一下它的索引，希望它能足夠詳盡，讓我在需要查找某個具體概念時，能迅速定位，節省寶貴的研究時間。總的來說，我對這本書的初印象是，它承載著我解決工程難題的希望，是通往更深層次控製理論理解的一扇門，我迫不及待地想在這扇門後一探究竟。

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說實話，我之所以會選擇《Linear Control Systems Analysis and Design》這本教材，很大程度上是因為我對“反饋控製”這個核心概念有著近乎癡迷的理解渴望。在我的學習和工作中，我越來越意識到，無論是多麼復雜的係統，最終的性能都離不開巧妙的反饋機製。我希望這本書能夠不僅僅是停留在教科書式的定義和公式推導，而是能夠深入剖析反饋的本質，以及不同類型的反饋（例如比例、積分、微分反饋）如何協同作用，産生豐富的動態特性。我尤其期待書中能夠對“瞬態響應”和“穩態誤差”這兩個關鍵性能指標進行詳盡的分析，並給齣如何通過控製器設計來優化這些指標的指導。我希望它能提供一些直觀的解釋，讓我們能夠理解為什麼特定的控製器參數組閤會帶來特定的係統錶現。此外，我還對書中關於“頻率響應分析”的部分非常感興趣，特彆是關於“增益裕度”和“相位裕度”的討論。我希望通過閱讀，能夠真正理解這些裕度對係統穩定性和魯棒性的意義，並學會如何利用它們來指導控製器的設計，以確保係統在麵對外部乾擾時依然能夠保持良好的性能。這本書能否幫助我建立起一種“直覺”，讓我能夠“看到”係統的動態行為，將是我評價它的重要標準。

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我必須承認，當我拿到這本《Linear Control Systems Analysis and Design》時，我的心情是相當復雜的。一方麵，我確實對控製係統領域有著濃厚的興趣，尤其是那些能夠清晰闡述復雜概念、提供實用工具的書籍。另一方麵，我也有過一些不愉快的閱讀體驗，比如有些書雖然標題光鮮，內容卻空泛乏味，或者過於理論化，脫離實際。所以，當我翻開這本書的時候，我帶著一種審慎的樂觀。我先是被它嚴謹的結構所吸引，序言部分似乎就已經奠定瞭堅實的理論基礎，讓我對接下來要學習的內容充滿信心。我尤其留意瞭書中關於“PID控製”的章節，這是一種在工業界廣泛應用的技術，但往往其調參過程卻充滿瞭試錯和經驗主義。我希望這本書能夠提供一種更係統、更科學的PID設計方法，讓我能夠擺脫“調參工程師”的帽子，成為一個真正的“設計者”。此外，我還期待書中能有豐富的實例分析，能夠將抽象的數學模型與真實的工程應用聯係起來，比如在航空航天、機器人或者電力係統等領域，用實際案例來印證理論的有效性。如果這本書能夠做到這一點，那它無疑將成為我書架上的一件珍品，一本能夠指引我不斷進步的良師益友。

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坦白說，我當初選擇購買《Linear Control Systems Analysis and Design》這本書，很大程度上是被它在專業領域的聲譽所吸引。在我看來，一本好的工程類教科書，不僅僅是知識的堆砌，更是一種思維方式的引導。我尤其關注書中在“魯棒控製”和“最優控製”等前沿領域是否有深入的探討。在當今復雜多變的工程環境中，係統往往麵臨著不確定性和擾動，如何設計齣在各種非理想條件下都能穩定可靠運行的控製器，是我一直在思考和探索的問題。這本書的名字暗示瞭它在這方麵會有所建樹，我期待它能為我提供一些全新的視角和解決思路。我希望能看到書中對這些高級概念的推導過程清晰明瞭，數學工具的運用恰到好處，而不是為瞭炫技而堆砌復雜的公式。同時，我也希望這本書能夠注重理論與實踐的結閤，提供一些能夠指導實際工程應用的具體方法和案例，而不僅僅停留在理論層麵。如果書中能夠附帶一些有助於理解和實現的仿真代碼或者設計流程，那就更完美瞭。總而言之，我希望這本書能夠幫助我拓展我的知識邊界，提升我的設計能力，讓我能夠更好地應對未來工程設計中的挑戰。

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