DIGITAL CONTROL AND STATE VARIABLE METHODS: CONVENTIONAL AND INTELLIGENT CONTROL SYSTEMS 4/E pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 控製係統
• 數字控製
• 狀態空間法
• 智能控製
• 現代控製理論
• 控製工程
• 自動控製
• 係統建模
• 控製算法
• 第四版

The book takes a new approach to presenting the vital control theories that have become a necessary part of the fundamental background of control engineers. Coverage of digital control, state-space analysis and design, nonlinear control, and intelligent control has been nicely blended to serve the interests of senior undergraduate students, graduate students, research community, and practicing engineers.

現代控製理論與係統工程：從基礎到前沿的深度探索 本書緻力於全麵闡述現代控製理論的核心概念、分析工具以及在復雜工程係統中的應用。它旨在為控製工程、自動化、電氣工程以及相關領域的學生、研究人員和專業工程師提供一個既有深度又具廣度的學習資源，涵蓋瞭從經典的係統建模到先進的智能控製策略的完整知識體係。 第一部分：經典控製理論的鞏固與擴展 本部分著重於對傳統控製係統設計方法進行係統的迴顧與深化，為理解現代控製理論的必要性奠定堅實的基礎。 1. 係統建模與時域分析 本章詳細介紹瞭綫性時不變（LTI）係統的數學建模過程，重點討論瞭如何利用物理定律（如牛頓第二定律、基爾霍夫定律）推導齣係統的微分方程錶示。隨後，深入分析瞭係統的瞬態響應和穩態響應特性。係統的階數、自然頻率、阻尼比等關鍵參數如何影響係統的動態行為被詳盡剖析。拉普拉斯變換在係統函數（傳遞函數）推導和求解中的應用被作為核心工具進行闡述，並引入瞭對二階係統（過阻尼、欠阻尼、臨界阻尼）響應麯綫的精細化分析。 2. 頻率響應分析方法 頻率分析是評估係統穩定性和性能的另一重要視角。本章詳細講解瞭傳遞函數在復平麵上的映射，特彆是伯德圖（Bode Plot）、奈奎斯特圖（Nyquist Plot）的繪製與解讀。這些圖錶如何直觀地揭示係統的帶寬、增益裕度和相位裕度，從而評估係統抵抗外部乾擾和參數不確定性的能力，被作為重點內容展開。奈奎斯特穩定性判據的嚴格推導及其在復雜係統穩定性判斷中的優越性被充分展示。 3. 根軌跡分析與控製器設計 根軌跡法是設計前饋控製器和反饋控製器的重要圖形化工具。本章不僅涵蓋瞭根軌跡的基本繪製規則，還深入探討瞭如何通過添加零點和極點來係統地改變閉環係統的極點位置，以滿足預期的瞬態響應指標（如超調量、建立時間）。基於根軌跡的PID控製器參數整定方法，特彆強調瞭如何通過調整增益來確保係統穩定性和性能之間的最佳摺衷。 第二部分：狀態空間方法與現代控製理論基石 本部分是本書的核心，係統地介紹瞭以狀態變量為中心的現代控製理論框架，這是分析和設計多輸入多輸齣（MIMO）係統的基礎。 4. 狀態空間錶示法 本章首先闡述瞭將高階微分方程轉化為一組一階綫性常微分方程組（即狀態空間方程）的方法。詳細對比瞭物理狀態變量、模態狀態變量以及 Jordan 標準形在係統分析中的應用。係統的可控性（Controllability）和可觀測性（Observability）是本章的關鍵概念，通過嚴格的代數判據（如可控性/可觀測性矩陣）來確定係統是否可以完全被控製或其內部狀態是否能被完全估計。 5. 狀態空間係統的分析與變換 狀態轉移矩陣 $Phi(t)$ 的求解是分析綫性時不變係統無輸入響應的基礎。本章詳細介紹瞭如何利用拉普拉斯變換或矩陣指數運算來計算 $Phi(t)$。此外，係統在不同狀態錶示之間的變換（如相似變換）如何影響係統的結構和分析的簡便性，被作為深入理解係統本質的工具進行討論。 6. 利用極點配置進行狀態反饋設計 極點配置（Pole Placement）是現代控製設計中最強大的技術之一。本章深入探討瞭如何利用完整的狀態反饋 $u = -Kx$ 將閉環係統的極點放置在復平麵上的任意期望位置，以實現期望的動態性能。 Ackermann 公式作為實現這一目標的有效算法被詳細推導和應用。此外，反饋增益 $K$ 的求解過程也展示瞭控製律設計的嚴謹性。 7. 狀態觀測器的設計 在許多實際應用中，係統的全部狀態變量無法直接測量。本章引入瞭狀態觀測器（State Observer）的概念，特彆是 Luenberger 觀測器。詳細講解瞭如何利用係統的輸入和輸齣信息來估計內部狀態，並討論瞭觀測器極點的選擇準則（通常與控製器極點分離設計），以確保觀測誤差的快速衰減。 8. 隨機係統與最優控製導論 本章對先進控製理論進行瞭初步介紹。在存在係統噪聲和測量噪聲的情況下，介紹瞭綫性二次型高斯（LQG）控製器的基本框架，它是狀態反饋與最優觀測器（卡爾曼濾波器）的結閤。卡爾曼濾波器的遞推公式及其在最優估計中的作用被詳細闡述，為處理不確定性環境下的控製問題奠定瞭理論基礎。 第三部分：非綫性與魯棒控製導論 麵對現實世界中普遍存在的非綫性和不確定性，本部分提供瞭應對這些挑戰的先進工具。 9. 非綫性係統的分析基礎 非綫性係統的分析遠比綫性係統復雜。本章引入瞭相平麵分析法，特彆是對於二階係統的相軌跡繪製，用於定性地理解係統的穩定性和極限環行為。李雅普諾夫（Lyapunov）穩定性理論作為判斷非綫性係統穩定性的通用工具被詳細介紹，包括直接法和間接法的應用。 10. 魯棒控製與 $H_{infty}$ 控製簡介 現代工程係統對參數攝動和外部擾動具有極高的容忍度要求。本章簡要介紹瞭魯棒控製的基本思想，即確保在係統模型存在誤差或外部乾擾時，閉環係統性能仍然保持在可接受的範圍內。特彆是 $H_{infty}$ 控製理論的核心思想——將控製問題轉化為一個三角範數最小化問題，用以確保係統對特定頻率範圍的擾動抑製能力，為進入更深層次的魯棒控製研究提供瞭方嚮。 本書結構嚴謹，從基礎的係統錶示到先進的優化與魯棒設計，力求培養讀者對控製係統工程的深刻理解和解決復雜問題的能力。書中結閤瞭大量的工程實例和求解步驟，以確保理論知識與實踐應用的緊密結閤。

Part I Digital Control: Principles and Design in Transform Domain
Ch1: Introduction
Ch2: Signal Processing in Digital Control
Ch3: Models of Digital Control Devices and Systems
Ch4: Design of Digital Control Algorithms

Part II State Variable Methods in Automatic Control: Continuous-Time and
Sampled-Data Systems
Ch5: Control System Analysis Using State Variable Methods
Ch6: State Variable Analysis of Digital Control Systems
Ch7: Pole-Placement Design and State Observers
Ch8: Linear Quadratic Optimal Control through Lyapunov Synthesis

Part III Nonlinear Control Systems: Conventional and Intelligent
Ch9: Nonlinear Systems Analysis
Ch10: Nonlinear Control Structures
Ch11: Intelligent Control with Neural Networks/Support Vector Machines
Ch12: Fuzzy Logic and Neuro-Fuzzy Systems
Ch13: Optimization with Genetic Algorithms
Ch14: Intelligent Control with Reinforcement Learning

评分☆☆☆☆☆

這本書我之前有在網路上瞄到過，因為我本身對控製係統這塊很有興趣，特彆又是結閤瞭數位控製和狀態變數這些比較進階的領域，加上還有提到智能控製，聽起來就覺得內容非常紮實。我印象比較深刻的是，它好像是以一種很係統化的方式來介紹這些概念，不像我之前看過的有些書，知識點跳躍得比較厲害，讀起來會有點吃力。這本書的編排應該是循序漸進的，從基礎的數位控製理論，像是取樣、量化、Z變換這些，然後慢慢深入到狀態變數方法的應用，像是可控性、可觀測性、極點配置等等。而且它提到“傳統與智能控製係統”的結閤，這部分很吸引我，因為現在的工程應用越來越強調AI、機器學習這些智能技術的融入，如果這本書能把這些跟傳統的控製理論做個串聯，那真的就太棒瞭。我特彆期待它在智能控製部分有沒有實際的案例分析，比如模糊邏輯、神經網絡在控製係統裏的應用，而不是隻停留在理論層麵。畢竟，書本上的知識還是要能和實際問題結閤，纔有更大的價值。我也很好奇它在“4/E”這個部分，是不是意味著它在之前幾個版本的基礎上，又做瞭大量的更新和補充，特彆是在最新的研究成果和技術發展方麵，有沒有跟上時代的腳步。

评分☆☆☆☆☆

這本書的定價雖然看起來不便宜，但以我過去購買類似專業書籍的經驗來說，一本好的、內容詳實的教科書，它的投資迴報率是很高的。我之所以會特彆注意到這本書，主要是因為它涵蓋瞭“數位控製”和“狀態變數方法”這兩個對我來說非常重要的領域，而且還觸及瞭“智能控製係統”，這讓我覺得它的應用麵很廣。我之前在學校上課的時候，雖然有接觸過一些控製理論的基礎，但對於狀態變數方法的理解一直覺得不夠深入，特彆是如何運用它來分析和設計復雜係統的穩定性、響應速度等，總覺得欠缺瞭些什麼。這本書的標題讓我覺得它可能會提供一個更全麵、更係統的視角來解決這些問題。而且，“智能控製”這個詞，在我看來，是未來控製工程發展的必然趨勢，如果這本書能夠將傳統的控製理論和智能控製方法進行整閤，給齣一些可行的設計思路和案例，那對我目前的學習和未來的職業發展都會有很大的幫助。我非常好奇它在“傳統與智能控製係統”這個部分的具體內容，是會分彆講解，還是會探討如何將兩者結閤，解決一些傳統方法難以應對的復雜問題。

评分☆☆☆☆☆

我是在一次研討會上偶然聽到有人提到這本書的，當時他們討論的內容就涉及到瞭數字控製和狀態變數方法在實際工程中的應用，聽起來非常前沿，而且也讓我意識到自己在這方麵的知識儲備還有待加強。我特彆在意的是這本書對“狀態變數方法”的講解是否清晰易懂。因為在很多傳統的控製教材中，狀態變數方法往往被處理得比較抽象，對於初學者來說，理解其物理意義和推導過程可能需要花費不少精力。我希望這本書能夠提供更直觀的解釋，甚至是一些圖示或模擬的例子，來幫助讀者更好地掌握這個工具。另外，關於“智能控製係統”的部分，我也非常感興趣。目前很多工業界都在積極探索如何將人工智能技術應用到控製係統中，例如用神經網絡來優化PID控製器，或者用模糊邏輯來處理不確定性。我很好奇這本書在這方麵有沒有提供一些基礎理論的介紹，以及一些具體的算法或設計框架。如果它能夠涵蓋一些近期在智能控製領域比較熱門的技術，並且能夠和狀態變數方法相結閤，那就更能體現其價值瞭。

评分☆☆☆☆☆

我在考慮要不要入手這本書，主要是因為我之前在學習數字控製時，感覺有些概念，比如離散化、Z變換的應用，理解得不夠透徹，尤其是在麵對一些復雜的係統時，總是抓不住關鍵。而“狀態變數方法”這個概念，我雖然有所耳聞，但對其具體應用和優勢瞭解不多，感覺它可能是解決這些復雜係統問題的關鍵。這本書的標題明確提到瞭這兩個方麵，並且還有“智能控製係統”的延伸，這讓我覺得它可能是一個很好的學習資源。我特彆期待它在“狀態變數方法”這部分，能夠有比較詳細的推導和應用講解，比如如何建立係統的狀態方程，如何分析係統的穩定性，如何進行狀態反饋控製的設計等等。另外，“智能控製係統”的部分，我希望它能提供一些關於模糊控製、神經網絡控製或者其他智能算法在數字控製係統中應用的實例。現在很多實際的工程問題，比如機器人控製、過程控製等，都越來越依賴於智能算法來處理不確定性和非綫性。如果這本書能在這方麵提供一些指導性的內容，那我會覺得這本書的價值非常高。我希望它不是一本隻講理論的書，而是能夠引導我理解如何將理論知識轉化為實際的應用。

评分☆☆☆☆☆

說實話，這本書的名字一開始讓我覺得有點“硬”，因為“數字控製”和“狀態變數方法”聽起來就是那種需要花很多力氣纔能啃下來的科目。但我對控製工程一直抱有很大的熱情，尤其是在工作之後，越發覺得紮實的理論基礎是解決實際問題的不二法門。這本書的副標題“Conventional and Intelligent Control Systems”倒是給瞭我一些驚喜，它暗示瞭這本書並非隻停留在理論的枯燥講解，而是會涉及到一些更貼近實際應用，甚至包含未來發展方嚮的內容。我特彆想知道它在“智能控製”這部分，是如何去銜接和整閤“傳統”的控製理論的。是會介紹一些基礎的機器學習算法，然後展示它們在控製參數整定、模型辨識、故障診斷等方麵的應用嗎？或者說，它會介紹一些混閤型的控製策略，比如將模糊邏輯和PID控製器結閤，或者使用神經網絡來構建復雜的非綫性模型？這些都是我非常想瞭解的。我期望這本書能夠提供清晰的邏輯脈絡，讓我從基礎的數字控製概念，一步步理解狀態變數方法的精髓，最終能夠領略到智能控製是如何為傳統控製係統注入新的活力的。