A Course in Robust Control Theory pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Geir E. Dullerud

出品人:

页数:439

译者:

出版时间:2005-02-02

价格:USD 89.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780387989457

丛书系列:

图书标签:

Robustness
AutomaticControl
控制理论
鲁棒控制
现代控制
系统工程
优化
数学控制
自适应控制
估计理论
非线性控制
滤波

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具体描述

During the 90s robust control theory has seen major advances and achieved a new maturity, centered around the notion of convexity. The goal of this book is to give a graduate-level course on this theory that emphasizes these new developments, but at the same time conveys the main principles and ubiquitous tools at the heart of the subject. Its pedagogical objectives are to introduce a coherent and unified framework for studying the theory, to provide students with the control-theoretic background required to read and contribute to the research literature, and to present the main ideas and demonstrations of the major results. The book will be of value to mathematical researchers and computer scientists, graduate students planning to do research in the area, and engineering practitioners requiring advanced control techniques.

《精通鲁棒控制理论：设计稳定且适应性强的系统》在现代工程领域，对系统性能的要求日益严苛，特别是在面对不确定性、扰动和模型误差时，如何设计出能够稳定运行并保持优异性能的控制器，成为了一个至关重要的挑战。本书《精通鲁棒控制理论：设计稳定且适应性强的系统》正是为了应对这一挑战而生，它系统地阐述了鲁棒控制的核心思想、理论基础和实用方法，旨在帮助读者掌握设计能够在各种复杂工况下可靠工作的控制系统的能力。本书并非对“A Course in Robust Control Theory”一书内容的直接复述，而是聚焦于鲁棒控制理论的精髓，通过清晰的逻辑脉络和深入浅出的讲解，带领读者循序渐进地构建起坚实的鲁棒控制知识体系。我们将从最基础的概念出发，逐步深入到更为复杂的理论模型和设计技术，确保读者能够全面理解鲁棒控制的精妙之处。第一部分：不确定性的建模与量化鲁棒控制的基石在于对系统不确定性的准确理解和描述。本部分将首先深入探讨不确定性的来源，从参数变化、模型简化误差到外部环境扰动，逐一剖析它们对系统性能的影响。我们将详细介绍如何使用数学工具来量化这些不确定性，包括但不限于：多模型表示 (Multiple Model Representation)：当系统存在多种可能的工作模式或参数取值范围时，如何用一组模型来描述这种不确定性。区间不确定性 (Interval Uncertainty)：当系统参数或模型误差的取值范围已知时，如何通过区间数学来刻画和分析。复扰动与频率域不确定性 (Complex Perturbations and Frequency Domain Uncertainty)：在更一般的设定下，如何使用复函数或频率响应的范围来描述不确定性，这对于分析线性时不变（LTI）系统尤为重要。结构化与非结构化不确定性 (Structured vs. Unstructured Uncertainty)：区分不同结构的不确定性对控制器设计的影响，并探讨针对不同结构采用的策略。通过本部分的学习，读者将能够熟练地将实际工程中的不确定性转化为清晰的数学模型，为后续的鲁棒控制器设计奠定坚实的基础。第二部分：鲁棒稳定性分析在明确了不确定性的表征之后，如何判断在这些不确定性存在的情况下，系统是否仍然能够保持稳定，便成为鲁棒控制的核心议题。本部分将深入讲解各种鲁棒稳定性判据，使读者能够 rigorously 地分析系统的鲁棒性：李雅普诺夫稳定性理论 (Lyapunov Stability Theory) 在不确定系统中的应用：将经典的李雅普诺夫方法推广到包含不确定性的系统，发展出适用于鲁棒稳定性分析的李雅普诺夫方程和不等式。稳定性判据的几何解释 (Geometric Interpretation of Stability Criteria)：通过直观的几何图形和图示，解释各种鲁棒稳定性判据（如Nyquist稳定性判据的鲁棒化）的物理意义，帮助读者建立对系统稳定裕度的深刻理解。频率域分析方法 (Frequency Domain Analysis Methods)：深入探讨如何利用频率响应的特性来分析鲁棒稳定性，包括各种不确定集下的频率响应界限，以及如何通过伯德图（Bode plot）和尼奎斯特图（Nyquist plot）来直观地评估鲁棒性。结构化奇异值 (Structured Singular Value, $mu$)：介绍 $mu$ 分析的理论框架，这是用于分析含有结构化不确定性系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能的强大工具，能够提供比传统方法更精确的稳定性评估。第三部分：鲁棒控制器设计鲁棒稳定性分析为控制器设计提供了目标和度量。本部分将聚焦于如何设计出能够在不确定性存在的情况下，仍能达到期望性能的控制器： H∞ 控制理论 (H∞ Control Theory)：详细介绍 H∞ 控制的核心思想，即最小化系统输出对输入的“增益”，特别是从外部扰动到系统输出的增益，从而保证系统在最坏情况下的性能。我们将覆盖： H∞ 范数及其意义 (H∞ Norm and its Significance)：理解 H∞ 范数作为系统增益的度量，以及最小化 H∞ 范数对于鲁棒控制的重要性。标准 H∞ 控制问题 (Standard H∞ Control Problem)：介绍如何将控制问题转化为标准 H∞ 控制问题，包括加权函数的选择以及目标性能的定义。状态空间 H∞ 控制器设计 (State-Space H∞ Controller Design)：讲解如何通过求解 Riccati 方程或不等式来获得最优的 H∞ 控制器。传递函数 H∞ 控制器设计 (Transfer Function H∞ Controller Design)：探讨在传递函数域内设计 H∞ 控制器的方法。 $mu$ -综合 ( $mu$ -Synthesis)：介绍基于 $mu$ 性能指标的控制器设计方法，它能够直接针对结构化不确定性进行优化，设计出具有更好鲁棒性的控制器。模型预测控制 (Model Predictive Control, MPC) 的鲁棒性：探讨如何将鲁棒性概念引入到模型预测控制中，设计能够应对模型不确定性和约束条件的预测控制器。其他鲁棒控制技术：简要介绍其他重要的鲁棒控制方法，如线性矩阵不等式（LMI）方法在鲁棒控制设计中的应用，以及适应性控制与鲁棒控制的联系。第四部分：实际应用与案例分析理论的学习最终需要与实际工程问题相结合。本部分将通过一系列典型的工程案例，展示鲁棒控制理论在实际系统设计中的应用：航空航天系统 (Aerospace Systems)：例如，飞机姿态控制、导弹制导等，这些系统常常面临着空气动力学模型的不确定性、传感器噪声以及飞行环境的变化。过程控制系统 (Process Control Systems)：如化学反应器、发电厂等，这类系统中的物料特性、反应速率等参数可能随时间变化，或者受到外部环境的干扰。机器人与自动化 (Robotics and Automation)：机器人手臂的精确控制、移动机器人的路径规划等，需要考虑负载变化、关节摩擦不确定性以及操作环境的动态变化。电力系统 (Power Systems)：电网的稳定性、新能源接入等问题，都需要考虑系统参数的波动和不可预测的扰动。通过对这些案例的深入剖析，读者将能够清晰地理解如何将鲁棒控制的理论工具应用于解决实际工程中的复杂问题，并从中获得宝贵的实践经验。本书的特色与价值：系统性与深度：本书不仅涵盖了鲁棒控制的经典理论，更深入探讨了前沿的研究成果，力求为读者提供一个全面而深入的知识体系。理论与实践相结合：在强调理论推导的同时，本书注重将抽象的数学概念与具体的工程应用联系起来，通过丰富的案例分析，帮助读者掌握理论的实际应用价值。清晰的逻辑结构：本书的章节安排循序渐进，从基础概念到高级技术，逻辑清晰，便于读者理解和掌握。启发性与前瞻性：本书旨在培养读者独立思考和解决复杂控制问题的能力，为他们在未来面对更具挑战性的工程问题时，提供坚实的理论基础和创新的思维方式。无论您是控制理论的研究生、自动化工程师，还是对设计高性能、高可靠性系统感兴趣的专业人士，本书都将是您提升自身专业技能、解决实际工程难题的宝贵资源。通过学习本书，您将能够掌握构建真正“鲁棒”的控制系统的秘诀，在不断变化的世界中，确保您的系统稳定、可靠、高效地运行。