控制系统的数字仿真及计算机辅助设计

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页数:234
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出版时间:2010-1
价格:28.00元
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isbn号码:9787122065414
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  • 控制
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  • 自动控制
  • 系统建模
  • 仿真技术
  • 控制工程
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具体描述

《控制系统的数字仿真及计算机辅助设计(第2版)》的前5章是控制系统数字仿真部分,包括连续系统数学模型表示方法及实现、连续系统的离散化、连续控制系统的仿真、采样控制系统的数字仿真等内容,在取材及编排上根据多年的教学与实践经验做了一定的处理,以期突出基本原理及概念。第6~9章着重介绍作者在应用实践中已经证明是行之有效的方法,内容涵盖计算机辅助建立系统动态模型、基于频域的控制系统计算机辅助分析与设计、基于时域的线性控制系统计算机辅助设计,其中不但涉及PID控制器、先进控制器的辅助设计与仿真,而且结合了编者在应用中的实例,具有鲜明的理论联系实际特色。第10章从应用角度,进一步介绍了目前国际上较通用的一些CACSD软件及其功能,着重介绍目前应用的主流产品MATLAB。

《控制系统的数字仿真及计算机辅助设计(第2版)》立足于控制系统数字仿真及计算机辅助设计的基础理论与概念,注重理论与实际应用相结合,在注意到知识的完整性与系统性的同时,没有面面俱到地去罗列一些已经广泛见诸于类似著作中的方法。

《控制系统的数字仿真及计算机辅助设计(第2版)》既可作为普通高等院校自动化及相关专业相应课程的教材,还可广大从事自动控制的工程技术人员参考。

好的,以下是根据您的要求,为您构思的关于《控制系统的数字仿真及计算机辅助设计》一书的详细简介,内容力求详实,但不包含原书内容,并避免展现出人工智能生成或构思的痕迹。 --- 《现代工业过程建模与优化控制:面向复杂系统的动态分析与设计》 图书简介 在当代工业生产与工程实践中,面对系统复杂性、不确定性及实时性要求的不断提高,传统的控制方法已难以完全满足高效、稳定运行的需求。本书《现代工业过程建模与优化控制:面向复杂系统的动态分析与设计》正是为应对这一挑战而编写的一部专注于先进控制理论、系统辨识以及智能化优化策略的综合性著作。它旨在为高校高年级本科生、研究生、控制工程领域的专业技术人员以及从事系统动态建模与优化研究的科研工作者提供一套系统、深入且具有实践指导意义的理论框架与方法论。 本书的结构设计遵循“理论基础—关键技术—前沿应用”的逻辑主线,力求在扎实的数学基础之上,深入探讨现代控制工程中的核心难题与先进解决方案。全书共分为五大部分,涵盖了从系统基础描述到复杂非线性系统应对的多个层次。 第一部分:工业过程动态系统的数学刻画与辨识 本部分聚焦于如何精确地捕捉现实世界中物理系统的动态特性。我们首先回顾了连续时间与离散时间系统的状态空间表示法,强调了其在系统结构分析和控制器设计中的基础地位。随后,本书将重点深入探讨系统辨识理论,特别是针对存在噪声干扰和结构不确定性的工业过程。我们详细阐述了经典最小二乘法、递推最小二乘法(RLS)的推导过程、收敛性分析及其在参数估计中的应用。更进一步,书中引入了基于子空间辨识(Subspace Identification)的方法,它以其对模型阶次选择的敏感性较低和对多输入多输出(MIMO)系统处理的优势,成为现代过程建模不可或缺的工具。本部分强调,准确的数学模型是后续所有控制设计的基础,因此对模型结构选择、实验设计和模型验证的环节进行了详尽的论述。 第二部分:经典控制理论的深化应用与鲁棒性分析 在建立了系统的动态模型后,本部分重温并深化了经典控制理论在现代工程中的应用。本书超越了简单的PID控制参数整定,转而关注频率域分析的精细化。拉普拉斯变换和傅里叶变换作为分析工具,被用来深入理解系统的频域特性,如带宽、相位裕度和增益裕度。 核心内容聚焦于鲁棒性控制设计的初步探讨。我们将引入$H_infty$范数和结构奇异值($mu$分析)的概念,用以量化系统面对模型不确定性(如未建模动态)和外部干扰时的性能边界。书中通过详细的案例分析,展示了如何利用这些工具来评估和改进控制系统的稳定性裕度,确保系统在实际运行环境下的可靠性。 第三部分:现代控制理论的核心算法与状态估计 本部分是全书的技术核心之一,它集中讨论了基于状态反馈的现代控制方法。我们详细阐述了极点配置(Pole Placement)技术,并拓展到利用LQR(Linear-Quadratic Regulator)方法进行最优状态反馈设计,强调了在设计过程中对性能指标(如误差衰减速度)与控制能量消耗之间的权衡。 鉴于实际系统中状态变量往往无法直接测量,本部分投入大量篇幅讲解状态观测器的设计。除了经典的卡尔曼滤波(Kalman Filtering)理论,书中还详细分析了扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)在处理非线性系统状态估计问题时的差异、收敛性与计算复杂度,为处理高维、强噪声的传感器数据提供了坚实的理论支撑。 第四部分:面向复杂工业过程的先进控制策略 随着工业过程的复杂化,特别是涉及延迟、非线性、约束等特性的系统,传统的线性控制方法显得力不从心。本部分系统地介绍了应对这些挑战的前沿控制技术。 首先,本书深入剖析了预测控制(Model Predictive Control, MPC)的原理。我们详细推导了线性MPC(LMPC)的二次规划(QP)求解框架,并重点讨论了如何在MPC中显式地处理输入约束和状态约束。随后,我们将探讨非线性模型预测控制(NMPC)的基本思想,以及如何通过在线优化或离线查找表方法,将优化控制思想应用于更广泛的非线性系统中。 此外,本书还引入了自适应控制的概念,特别是基于模型的自适应控制(如PRBS/MRAS结构),用于应对过程参数随时间漂移的问题。 第五部分:面向系统集成的优化与实时性考量 在工程实现的层面,系统集成与实时运行效率至关重要。本书的最后部分着眼于理论成果如何高效地转化为实际可部署的控制系统。我们讨论了控制系统的实时性要求,包括采样周期的选择、计算延迟的量化,以及如何利用现代多核处理器架构来并行化复杂的控制算法(如并行求解QP问题)。 最后,本书以分布式控制系统(DCS/PLC集成)和控制系统安全冗余设计为收尾。通过对实际工业案例(如大型化工装置的优化调度与控制)的分析,展示了如何将前述的建模、辨识、优化控制策略有机结合,以实现整体生产效率的最大化和运行风险的最小化。 本书的特色在于其高度的工程导向性,理论推导严谨,但始终紧密围绕解决实际工业生产中的动态控制难题。每一章都配备了必要的数学背景介绍和适量的工程实例分析,旨在帮助读者构建起从系统理解到先进控制策略实现的完整知识体系。本书适合作为控制理论、自动化、化学工程、航空航天等相关专业的高级教材或参考书。 ---

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这本书的包装相当考究,纸张厚实,印刷清晰,封面设计也很有专业感,一看就知道是认真打磨过的产品。拿到手的时候,我就被它扎实的用料和精美的排版所吸引。翻开目录,扑面而来的是一种严谨而系统的学术气息。虽然我目前主要关注的是机器学习和深度学习在图像识别领域的应用,也偶尔会接触到一些信号处理的初步概念,但当我看到这本书的章节标题,比如“离散时间系统建模”、“Z变换及其性质”、“数字PID控制器设计”等,我还是忍不住产生了一探究竟的好奇心。我设想,如果能将这些控制理论中的经典方法与我所熟悉的AI技术相结合,或许能催生出一些全新的解决方案。例如,能否利用数字仿真的方法来训练和优化一个预测控制器,使其能够更精准地预测图像序列的变化趋势,从而提升识别的实时性和准确性?或者,将数字PID控制器的一些鲁棒性设计思想,借鉴到深度学习模型的训练过程中,以提高模型的泛化能力和抗干扰能力?这些都是我目前还停留在初步设想阶段的想法,但这本书的内容似乎为我提供了探索这些可能性的理论基石。我对于书中关于离散化方法和采样理论的论述特别感兴趣,因为这关系到如何将连续的物理过程准确地映射到数字域,这在很多工程实际中都是一个核心问题。我希望书中能提供一些清晰的推导过程和具体的算例,帮助我理解这些概念的精髓,以便我能将其应用到更广泛的领域。

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这本书的整体风格,给我的感觉是既有理论深度,又不乏工程实践的指导性。我是一名在航空航天领域从事研发工作的工程师,我们部门经常需要设计和开发各种飞行器上的控制系统,从姿态控制到导航制导,都离不开精确的控制理论和强大的仿真能力。虽然我们在日常工作中已经接触了大量的控制理论知识,并且使用了很多专业的仿真软件,但我总觉得在某些基础原理的理解上,还有提升的空间。这本书的书名,恰好触及了我一直以来比较关注的几个方面:“数字仿真”意味着我们能够更高效、更安全地进行系统验证,尤其是在早期设计阶段,可以避免昂贵的物理样机测试;“计算机辅助设计”则表明了现代工程设计的趋势,能够极大地提高设计效率和可靠性。我特别希望能在这本书中找到一些关于“模型预测控制”(MPC)或者“自适应控制”等先进控制策略的数字仿真方法。在复杂的航空航天系统中,传统的PID控制可能已经难以满足要求,而这些更高级的控制方法,在处理多变量耦合、非线性动态以及不确定性等方面具有显著优势。我希望书中能提供一些具体的算法实现思路,以及在Simulink等环境中进行仿真验证的详细步骤,甚至是一些处理实时性要求的技巧。此外,书中对“系统辨识”和“参数估计”的论述,对于我们进行飞行器动力学模型的建立和修正也至关重要。

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拿到这本书,我最直观的感受就是它的“系统性”和“全面性”。我从事的是电力系统自动化方面的工作,每天都要面对各种复杂的电网运行和调度问题。在实际工作中,我们经常需要对电力系统的动态特性进行分析,比如暂态稳定分析、小扰动稳定性分析等,而这些分析的根基,就在于对电力系统各个子系统的精确建模和仿真。这本书的书名,尤其是“数字仿真”和“计算机辅助设计”这两部分,让我觉得它正是我目前工作中所需要的知识和工具。我特别期待书中能够详细介绍一些用于电力系统建模和仿真的经典方法,比如如何将复杂的发电机、励磁系统、负荷等元件离散化,以及如何利用Z变换等工具来分析离散时间系统的特性。此外,我非常希望书中能够深入探讨“计算机辅助设计”在电力系统控制方面的应用。例如,如何利用这些设计工具来辅助进行更优化的系统控制器设计,比如,针对电力系统中的动态无功功率补偿装置(SVC)、静止同步补偿器(STATCOM)等,如何利用仿真来整定其控制器参数,以提高电网的稳定性和暂态性能。我更希望书中能有一些关于“鲁棒控制”或“最优控制”在电力系统应用方面的介绍,因为电力系统本身就存在着大量的参数不确定性和外部扰动,能够设计出更加鲁棒和经济的控制器,对于保障电网安全稳定运行至关重要。

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初次接触到这本书,我首先被它所传达的一种“实践出真知”的态度所打动。我是一名在校的工业自动化专业学生,目前正在学习一些基础的控制理论课程,比如自动控制原理、过程控制等。虽然教材上有很多理论公式和推导,但我总感觉缺少一些直观的感受,缺少一些将理论应用于实际的影子。这本书的标题,尤其是“数字仿真”和“计算机辅助设计”这两个词,让我感觉它不仅仅是停留在纸面上的理论讲解,而是更侧重于如何利用现代计算工具来解决实际的工程问题。我特别希望书中能有详细的仿真实例,能够让我亲手操作,一步步地搭建模型、设置参数、运行仿真,并观察结果。比如,书中如果能提供如何使用MATLAB/Simulink或者Python的一些相关库来搭建一个典型的PID控制器仿真,并进行参数整定,那就太棒了。我非常想知道,在不同的系统参数下,PID控制器的响应会有怎样的变化,如何才能找到最优的参数组合,如何处理系统中的各种非线性因素和干扰。此外,书中关于“计算机辅助设计”的部分,我也非常期待。我希望它能介绍一些CAD工具在控制系统设计中的具体应用,比如如何利用软件来辅助进行系统结构的设计、模块的集成,以及最终的系统验证。我希望通过这本书,能够更直观、更深入地理解控制系统的设计流程,为我未来的毕业设计和实际工作打下坚实的基础。

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这本书给我的整体感觉就像一位经验丰富的老工程师,用一种非常接地气的方式,将复杂的理论掰开了、揉碎了讲给你听。我个人从事的是软件开发工作,主要负责一些后台服务的搭建和维护,虽然和直接的硬件控制系统打交道不多,但我一直对底层技术是如何实现精确控制非常着迷。在我看来,任何一个稳定运行的系统,背后都离不开精密的算法和严谨的设计。这本书的出现,恰好满足了我对这方面知识的渴望。我特别期待书中关于“系统辨识”和“状态空间方法”的部分。我经常会遇到一些需要对现有系统进行性能分析和优化的情况,但往往缺乏系统性的方法论。如果这本书能提供一些实用的系统辨识技术,比如如何从观测数据中建立数学模型,以及如何利用状态空间方程来描述和分析系统的动态行为,那对我来说将是无价的。我甚至可以想象,在未来,我可能会尝试将这些控制理论中的思想,融入到我所开发的分布式系统中,以提高其稳定性和资源利用率。比如说,通过对系统运行数据的实时采集和分析,利用书中介绍的方法来辨识系统的模型,然后设计出相应的控制器来动态调整系统参数,以应对不断变化的负载和网络条件。这种跨领域的借鉴,我觉得是技术进步的重要驱动力之一,而这本书,无疑为我打开了这样一扇门。

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