具體描述
《設計健壯控製係統》一書深入探討瞭在麵對不確定性和擾動時，如何構建能夠穩定、可靠運行的控製係統。本書的核心在於“健壯性”，即控製係統在參數變化、外部乾擾或模型不精確等不利條件下，仍能保持其性能指標，如穩定性和動態響應。 全書結構清晰，從基礎概念入手，逐步深入到高級設計方法。首先，作者詳細闡述瞭傳統控製理論中的不確定性來源，包括模型誤差、傳感器噪聲、執行器限製以及環境變化等，並分析瞭這些不確定性對係統性能可能造成的負麵影響。通過直觀的例子和嚴謹的數學推導，讀者可以深刻理解為何簡單化的模型和控製器在實際應用中往往會失效。 接著，本書重點介紹瞭多種設計健壯控製係統的理論框架和實用技術。其中，魯棒控製 (Robust Control) 是貫穿全書的核心主題。作者詳細介紹瞭 $mathcal{H}_infty$ 控製、$mu$ 分析與綜閤等經典魯棒控製方法。在 $mathcal{H}_infty$ 控製部分，本書從綫性矩陣不等式 (LMI) 的角度齣發，提供瞭求解最優魯棒控製器的一套係統性方法。對於 $mu$ 分析與綜閤，則深入講解瞭如何量化和處理結構化不確定性，並提供瞭相應的綜閤技術，以確保係統在最壞情況下的性能。 除瞭傳統的魯棒控製方法，本書還涵蓋瞭其他重要的健壯控製技術。自適應控製 (Adaptive Control) 被用作一種在係統參數未知或隨時間變化時，能夠實時調整控製器參數以維持良好性能的手段。本書介紹瞭基於模型參考自適應控製 (MRAC) 和自適應律的自適應控製器的設計，並探討瞭其收斂性和穩定性。滑模控製 (Sliding Mode Control, SMC) 作為一種非綫性控製方法，因其對模型不確定性和外部擾動的強魯棒性而受到廣泛關注。本書詳細闡述瞭滑模控製的基本原理，包括切換函數的設計、滑模麵的選擇以及如何剋服抖振現象，並展示瞭其在處理具有復雜非綫性動力學的係統中的應用。 此外，模型預測控製 (Model Predictive Control, MPC) 也因其能夠在綫優化控製輸入並提前考慮係統約束和未來行為的能力，而被視為一種有效的魯棒控製策略。本書介紹瞭基於模型預測控製器的設計，並討論瞭如何將其與魯棒性設計相結閤，以應對不確定性。 本書在理論闡述的同時，也十分注重實踐應用。書中提供瞭大量的案例研究，涵蓋瞭從航空航天、機器人技術到過程控製等多個領域。這些案例生動地展示瞭如何將所學的理論知識應用於實際問題，並有效地解決瞭由不確定性帶來的挑戰。例如，在航空器飛行控製係統中，模型參數的不確定性和風擾是常見的挑戰，本書將介紹如何利用魯棒控製技術來設計能夠保持穩定性和精確性的飛行控製器。在工業過程控製中，傳感器故障、工藝參數漂移等都會影響控製性能，本書將探討如何運用自適應控製或魯棒MPC來剋服這些睏難。 為瞭幫助讀者更深入地理解和掌握這些技術，本書還提供瞭詳細的算法描述和仿真實例。作者鼓勵讀者動手實踐，通過編程實現和模擬各種魯棒控製策略，從而加深對理論的理解並培養解決實際問題的能力。 總而言之，《設計健壯控製係統》是一本麵嚮高等院校學生、科研人員以及工程技術人員的權威著作。它不僅提供瞭紮實的理論基礎，更注重實際應用，旨在幫助讀者掌握設計高性能、高可靠性控製係統的關鍵技能，以應對日益復雜和不確定的工程挑戰。本書內容翔實，邏輯嚴謹，是從事自動控製及相關領域研究和開發的必備參考。
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