具体描述
《设计健壮控制系统》一书深入探讨了在面对不确定性和扰动时，如何构建能够稳定、可靠运行的控制系统。本书的核心在于“健壮性”，即控制系统在参数变化、外部干扰或模型不精确等不利条件下，仍能保持其性能指标，如稳定性和动态响应。 全书结构清晰，从基础概念入手，逐步深入到高级设计方法。首先，作者详细阐述了传统控制理论中的不确定性来源，包括模型误差、传感器噪声、执行器限制以及环境变化等，并分析了这些不确定性对系统性能可能造成的负面影响。通过直观的例子和严谨的数学推导，读者可以深刻理解为何简单化的模型和控制器在实际应用中往往会失效。 接着，本书重点介绍了多种设计健壮控制系统的理论框架和实用技术。其中，鲁棒控制 (Robust Control) 是贯穿全书的核心主题。作者详细介绍了 $mathcal{H}_infty$ 控制、$mu$ 分析与综合等经典鲁棒控制方法。在 $mathcal{H}_infty$ 控制部分，本书从线性矩阵不等式 (LMI) 的角度出发，提供了求解最优鲁棒控制器的一套系统性方法。对于 $mu$ 分析与综合，则深入讲解了如何量化和处理结构化不确定性，并提供了相应的综合技术，以确保系统在最坏情况下的性能。 除了传统的鲁棒控制方法，本书还涵盖了其他重要的健壮控制技术。自适应控制 (Adaptive Control) 被用作一种在系统参数未知或随时间变化时，能够实时调整控制器参数以维持良好性能的手段。本书介绍了基于模型参考自适应控制 (MRAC) 和自适应律的自适应控制器的设计，并探讨了其收敛性和稳定性。滑模控制 (Sliding Mode Control, SMC) 作为一种非线性控制方法，因其对模型不确定性和外部扰动的强鲁棒性而受到广泛关注。本书详细阐述了滑模控制的基本原理，包括切换函数的设计、滑模面的选择以及如何克服抖振现象，并展示了其在处理具有复杂非线性动力学的系统中的应用。 此外，模型预测控制 (Model Predictive Control, MPC) 也因其能够在线优化控制输入并提前考虑系统约束和未来行为的能力，而被视为一种有效的鲁棒控制策略。本书介绍了基于模型预测控制器的设计，并讨论了如何将其与鲁棒性设计相结合，以应对不确定性。 本书在理论阐述的同时，也十分注重实践应用。书中提供了大量的案例研究，涵盖了从航空航天、机器人技术到过程控制等多个领域。这些案例生动地展示了如何将所学的理论知识应用于实际问题，并有效地解决了由不确定性带来的挑战。例如，在航空器飞行控制系统中，模型参数的不确定性和风扰是常见的挑战，本书将介绍如何利用鲁棒控制技术来设计能够保持稳定性和精确性的飞行控制器。在工业过程控制中，传感器故障、工艺参数漂移等都会影响控制性能，本书将探讨如何运用自适应控制或鲁棒MPC来克服这些困难。 为了帮助读者更深入地理解和掌握这些技术，本书还提供了详细的算法描述和仿真实例。作者鼓励读者动手实践，通过编程实现和模拟各种鲁棒控制策略，从而加深对理论的理解并培养解决实际问题的能力。 总而言之，《设计健壮控制系统》是一本面向高等院校学生、科研人员以及工程技术人员的权威著作。它不仅提供了扎实的理论基础，更注重实际应用，旨在帮助读者掌握设计高性能、高可靠性控制系统的关键技能，以应对日益复杂和不确定的工程挑战。本书内容翔实，逻辑严谨，是从事自动控制及相关领域研究和开发的必备参考。
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