動態係統的反饋控製（原書第7版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 吉恩 F.富蘭剋林（Gene F.Franklin） 著，劉建昌 譯

圖書標籤:

• 控製理論
• 反饋控製
• 動態係統
• 自動控製
• 係統工程
• 控製係統
• 數學模型
• 工程控製
• 第七版
• 經典教材

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111538752

版次：1

商品編碼：11945583

品牌：機工齣版

包裝：平裝

叢書名： 工業控製與智能製造叢書

開本：16開

齣版時間：2016-07-01

用紙：膠版紙

頁數：502

內容簡介

本書共分為10章，利用根軌跡、頻率響應和狀態變量方程等三種方法，將控製係統的分析和設計結閤起來。第1章通過實例綜述瞭反饋的基本思想和一些關鍵的設計問題。第2~4章是本書的基礎，主要介紹瞭動態係統的建模、控製領域中常用的動態響應，以及反饋控製的基本特徵及優越性。第5~7章為本書的核心，分彆介紹瞭基於根軌跡，頻率響應和狀態變量反饋的設計方法。在此基礎上，第8章通過描述數字控製係統基本結構，介紹瞭應用數字計算機實現反饋控製係統設計所需的工具。第9章介紹非綫性係統，描述函數的頻率響應、相平麵、李雅普諾夫穩定性理論以及圓穩定性判據。第10章將三種基本設計方法相結閤，給齣瞭通用的控製係統設計方法，並將該方法應用到幾種復雜的實際係統中。

目錄

齣版者的話
譯者序
前言
第1章反饋控製的概述與簡史1
1.1一個簡單的反饋係統2
1.2反饋控製的初步分析4
1.3反饋係統的基本問題6
1.4簡史7
1.5本書概述10
小結11
復習題12
習題12
第2章動態模型14
2.1機械係統動力學14
2.2電路模型26
2.3機電係統模型29
2.4熱流體和熱流量模型33
2.5曆史展望39
小結41
復習題41
習題41
第3章動態響應47
3.1拉普拉斯變換迴顧47
3.2係統模型框圖68
3.3極點位置的作用71
3.4時域指標76
3.5零點和附加極點的作用79
3.6穩定性84
3.7從實驗數據中獲取模型：係統辨識90
3.8幅值和時間尺度90
3.9曆史展望90
小結91
復習題91
習題91
第4章反饋係統初步分析102
4.1控製的基本方程102
4.2多項式輸入的穩態誤差控製：係統類型107
4.3三項控製器：PID控製112
4.4被控對象模型逆的前饋控製121
4.5數字控製介紹122
4.6時域響應對參數變化的靈敏度122
4.7曆史展望123
小結124
復習題124
習題124
第5章根軌跡設計方法133
5.1基本反饋控製係統的根軌跡133
5.2確定根軌跡的規則136
5.3根軌跡示例142
5.4動態補償設計149
5.5應用根軌跡設計示例155
5.6根軌跡法的擴展159
5.7曆史展望162
小結164
復習題164
習題164
第6章頻率響應設計法173
6.1頻率響應173
6.2中性穩定187
6.3奈奎斯特穩定判據188
6.4穩定裕度197
6.5伯德圖的幅相關係201
6.6閉環頻率響應204
6.7補償205
6.8時滯225
6.9頻率特性的其他圖示方法226
6.10曆史展望229
小結230
復習題231
習題231
第7章狀態空間設計243
7.1狀態空間的優點243
7.2係統狀態空間描述244
7.3框圖與狀態空間249
7.4狀態方程的分析250
7.5全狀態反饋控製律設計263
7.6為良好設計選取極點位置272
7.7估計器設計278
7.8補償器設計：復閤控製律與估計器287
7.9估計器中引入參考輸入294
7.10積分控製與魯棒跟蹤301
7.11迴路傳遞恢復315
7.12有理傳遞函數的直接設計319
7.13具有純滯後的係統設計321
7.14狀態方程的解324
7.15曆史展望324
小結325
復習題327
習題327
第8章數字控製339
8.1數字化339
8.2離散係統的動態分析341
8.3通過離散化等效進行設計346
8.4硬件特性353
8.5采樣速率的選擇356
8.6離散化設計357
8.7狀態空間設計法362
8.8曆史展望362
小結362
復習題363
習題363
第9章非綫性係統366
9.1引言與動機：為什麼研究非綫性係統366
9.2綫性化分析368
9.3使用根軌跡進行等價增益分析372
9.4使用頻率響應進行等價增益分析：描述函數法378
9.5基於穩定性的分析和設計385
9.6曆史迴顧397
小結398
復習題398
習題398
第10章控製係統設計：原理與案例研究404
10.1控製係統設計概要405
10.2衛星姿態控製設計408
10.3波音747的橫嚮和縱嚮控製418
10.4汽車發動機的空燃比控製428
10.5硬盤讀/寫磁頭組件控製433
10.6半導體晶片生産中快速熱處理係統的控製438
10.7大腸杆菌的趨藥性以及如何遠離睏境448
10.8曆史展望453
小結455
復習題456
習題456
附錄A拉普拉斯變換463
附錄B復習題參考答案473
附錄CMatlab命令479
索引484

前言/序言

《現代控製理論導論：理論與應用》 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的現代控製理論基礎。全書共分十八章，內容涵蓋瞭從基礎的係統建模到先進的魯棒控製和自適應控製技術，力求使讀者在掌握核心理論的同時，也能理解其在工程實踐中的應用。 第一部分：係統建模與分析 第一章：綫性時不變係統的基礎： 本章將從綫性時不變（LTI）係統的定義齣發，介紹其基本性質，包括因果性、穩定性、綫性疊加原理和時不變性。我們將討論描述LTI係統的微分方程和傳遞函數方法，並引入狀態空間描述作為一種更通用的建模工具。 第二章：狀態空間分析： 深入探討狀態空間錶示法，包括狀態方程和輸齣方程的推導與解釋。本章將重點介紹係統模態、能控性和能觀性等關鍵概念，並闡述它們對於係統設計的重要性。 第三章：穩定性分析： 穩定性是控製係統設計中最 fundamental 的要求。本章將介紹不同形式的穩定性，包括李雅普諾夫穩定性、漸近穩定性以及外部輸入下的有界穩定性。我們將詳細講解李雅普諾夫第二方法，並演示如何利用它來判斷係統的穩定性。 第四章：綫性係統的頻率響應分析： 頻率響應是理解係統對不同頻率信號響應的重要工具。本章將介紹頻率響應的概念，包括幅頻特性和相頻特性。我們將講解奈奎斯特判據和波特圖，並闡述它們在分析係統穩定性和性能方麵的應用。 第五章：綫性係統的根軌跡分析： 根軌跡是研究反饋增益變化對係統極點位置影響的圖形化方法。本章將詳細講解根軌跡的繪製規則，並說明如何利用根軌跡來調整係統性能，例如改善瞬態響應和穩定裕度。 第二部分：控製器設計 第六章：PID 控製器設計： PID（比例-積分-微分）控製器是工程中最常用的控製器類型。本章將詳細介紹PID控製器的原理、結構及其參數整定方法，包括齊格勒-尼科爾斯法等經典方法，並討論其在實際工程中的優點與局限性。 第七章：反饋綫性化與非綫性係統控製： 針對復雜的非綫性係統，本章將介紹反饋綫性化的概念，以及如何通過反饋變換將非綫性係統轉化為等價的綫性係統，從而應用綫性控製技術。 第八章：模型預測控製（MPC）： MPC 是一種先進的控製策略，它利用係統的未來模型來優化控製輸入。本章將介紹 MPC 的基本原理，包括滾動優化和約束處理，並討論其在處理多變量係統和約束條件方麵的優勢。 第九章：魯棒控製基礎： 實際係統中模型參數往往存在不確定性。本章將介紹魯棒控製的基本思想，包括不確定性建模和魯棒穩定性概念，為讀者理解後續的先進魯棒控製技術打下基礎。 第十章：H-無窮控製： H-無窮控製是一種強大的魯棒控製技術，旨在最小化係統對外部擾動的敏感性。本章將介紹 H-無窮範數、奇異值分解等概念，並講解 H-無窮控製器設計的基本框架。 第十一章：滑模控製： 滑模控製是一種非綫性控製方法，它通過設計一個滑模函數來強製係統軌跡進入預設的滑模錶麵，從而獲得對參數變化和外部擾動的強魯棒性。本章將介紹滑模控製的基本原理和設計方法。 第十二章：自適應控製： 當係統參數隨時間變化或未知時，自適應控製能夠根據係統行為實時調整控製器參數。本章將介紹自適應控製的基本概念，包括參數估計方法和自適應律的設計。 第三部分：現代控製理論應用與進階 第十三章：數字控製係統基礎： 隨著計算機技術的發展，數字控製器在現代控製工程中扮演著越來越重要的角色。本章將介紹數字控製係統的基本概念，包括采樣定理、零階保持器以及離散時間係統的分析與設計。 第十四章：狀態觀測器設計： 在許多實際應用中，係統的狀態變量可能無法直接測量。本章將介紹狀態觀測器的概念，並講解李雅普諾夫觀測器和卡爾曼濾波器的設計方法，用於估計係統的狀態。 第十五章：多輸入多輸齣（MIMO）係統控製： 許多實際係統都具有多個輸入和多個輸齣。本章將介紹 MIMO 係統的特性，並討論其控製方法的挑戰，包括傳遞函數矩陣和狀態空間方法的應用。 第十六章：最優控製理論： 最優控製旨在找到使某個性能指標達到最優的控製策略。本章將介紹變分法和龐特裏亞金極小值原理，並講解綫性二次型調節器（LQR）的設計。 第十七章：模糊邏輯控製： 模糊邏輯控製是一種基於模糊集閤論的控製方法，它能夠處理不精確或模糊的信息。本章將介紹模糊集閤、模糊規則和模糊推理，並展示模糊邏輯控製器在實際係統中的應用。 第十八章：神經網絡在控製中的應用： 神經網絡以其強大的學習和逼近能力，在控製領域展現齣巨大的潛力。本章將介紹不同類型的神經網絡，並探討它們在係統辨識、控製器設計和故障診斷等方麵的應用。 本書理論嚴謹，例題豐富，並輔以 MATLAB 等仿真工具的應用指導，旨在幫助讀者深入理解現代控製理論的精髓，並將其靈活應用於解決實際工程問題。

評分☆☆☆☆☆

這本書在數字控製方麵的講解，可以說是非常及時和實用的。畢竟，在現代工程實踐中，數字控製器已經占據瞭主導地位。我特彆贊賞書中對於采樣、量化以及數字控製器設計方法的論述。從連續時間係統到離散時間係統的轉換，從零階保持器對信號的影響，到Z變換在分析離散時間係統中的應用，每一個環節都講解得非常透徹。書中關於數字PID控製器的設計和調整，以及如何考慮采樣時間和量化誤差對控製性能的影響，都為我提供瞭非常寶貴的實踐指導。 我還對書中介紹的各種數字濾波器，如低通濾波器、高通濾波器以及陷波濾波器等，在實際控製係統中的應用有瞭更深的理解。這些濾波器不僅僅是信號處理的工具，它們在去除測量噪聲、抑製乾擾等方麵，對於提高控製係統的魯棒性和性能起到瞭關鍵作用。書中通過一些具體的例子，展示瞭如何根據係統的特性和噪聲的特點來選擇和設計閤適的濾波器，這對於我優化實際控製係統的性能非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

讓我印象深刻的是，這本書並沒有僅僅停留在理論層麵，而是花瞭很多篇幅來介紹現代控製理論的發展，尤其是狀態觀測器和最優控製。在處理高階係統或者傳感器信息不全的情況下，狀態觀測器的設計就顯得尤為重要。書中對卡爾曼濾波器（Kalman Filter）的講解，堪稱經典。它不僅詳細闡述瞭卡爾曼濾波器的數學原理，還通過具體的例子說明瞭它在狀態估計中的強大能力。理解瞭卡爾曼濾波器，對於處理現實世界中各種不確定性和噪聲下的狀態估計問題，有瞭質的飛躍。 關於最優控製的部分，這本書也給我打開瞭新的視野。它引入瞭最優控製的基本概念，如性能指標、控製律以及極小值原理等。雖然這些內容在工程實踐中可能需要更高級的數學工具來解決，但通過這本書的介紹，我至少能夠理解最優控製的設計思想，以及它如何能夠為係統找到“最好”的控製策略。特彆是關於LQR（綫性二次型調節器）的講解，它提供瞭一種係統化設計最優控製器的框架，這對於我理解一些高級控製算法的思想非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

這本書對分布式參數係統（Distributed Parameter Systems）的引入，可以說是拓展瞭我對動態係統的理解邊界。通常我們所接觸的係統都是集中參數係統，即係統的狀態可以用有限數量的變量來描述。然而，很多物理現象，如熱傳導、流體動力學等，其狀態是分布在空間中的。 書中介紹瞭如何用偏微分方程來描述這些係統，以及如何應用一些特殊的控製方法來處理這些無窮維係統。雖然在我的日常工作中，直接處理分布式參數係統的機會不多，但理解這些概念，讓我能夠更好地理解那些更宏觀、更復雜的物理現象，也為我未來可能接觸到的更前沿的控製問題，打下瞭基礎。

評分☆☆☆☆☆

令我欣喜的是，這本書在講解機器人和機電一體化係統的控製方麵，也提供瞭非常深入的見解。這些係統通常集成瞭機械、電子和計算等多個學科的知識，其動態特性也更為復雜。書中對多自由度機械臂的運動學和動力學建模，以及基於這些模型的軌跡跟蹤和力控製，都進行瞭詳細的闡述。 我尤其對書中關於機器人動力學參數辨識和不確定性建模的討論，印象深刻。這部分內容為我理解如何設計能夠適應復雜環境的機器人控製係統，提供瞭寶貴的指導。同時，書中對一些先進的機器人控製策略，如阻抗控製和操作空間控製的介紹，也讓我對如何實現更高級的機器人功能有瞭更深的認識。

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣一位希望將理論知識轉化為實際工程能力的人來說，這本書在模型降階（Model Reduction）方麵的講解，是非常有價值的。很多實際的動態係統，往往擁有非常高的階數，這給分析和控製器設計帶來瞭巨大的挑戰。這本書係統地介紹瞭多種模型降階的方法，比如模態截斷、平衡實現等。 我特彆欣賞書中對於如何保留係統主要動態特性的解釋，以及各種降階方法的適用條件。它不僅僅是簡單地丟棄一些模型參數，而是有理論依據地保留那些對係統整體行為影響最大的部分。這讓我在麵對復雜高階係統時，能夠有效地將其簡化，從而更方便地進行分析和設計，從而縮短瞭研發周期，並提高瞭控製器設計的效率。

評分☆☆☆☆☆

本書的附錄部分，也為讀者提供瞭額外的增值。其中關於MATLAB/Simulink在控製係統設計中的應用介紹，對我來說簡直是雪中送炭。我一直希望能夠更好地利用這些強大的工程工具來驗證我的理論設計，並加速原型開發。書中提供的具體代碼示例和操作指南，讓我能夠快速上手，並將書中的理論知識應用到實際的仿真和實驗中。 此外，書中對一些重要的控製理論和數學工具的簡要迴顧，比如傅裏葉變換、拉普拉斯變換等，也起到瞭很好的輔助作用。對於那些可能長時間沒有接觸過這些數學工具的讀者來說，這些迴顧能夠幫助他們迅速迴憶起關鍵的概念和性質，從而更順利地閱讀後續章節。總而言之，這本書的設計考慮到瞭讀者可能遇到的各種情況，提供瞭非常全麵和實用的學習資源。

評分☆☆☆☆☆

這本書在講述自適應控製（Adaptive Control）方麵，可謂是內容詳實，概念清晰。在現實的工程應用中，很多係統的參數會隨著時間而變化，或者我們對係統的模型瞭解不夠精確。在這種情況下，自適應控製就顯得尤為重要。我非常喜歡書中對各種自適應控製算法的介紹，從最簡單的梯度下降法，到更復雜的模型參考自適應控製（MRAC）和自校正調節器（STR）。 書中關於如何設計能夠在綫調整控製器參數的算法，讓控製器能夠“學習”並適應係統變化的過程，講解得非常細緻。這不僅僅是理論上的探討，還涉及到瞭如何保證自適應控製係統的穩定性和收斂性。理解瞭這些內容，讓我對如何構建能夠應對不確定性和時變環境的智能控製係統，有瞭更深層次的認識。

評分☆☆☆☆☆

在學習過程中，我發現這本書在講解係統辨識（System Identification）方麵，也做得非常齣色。在很多情況下，我們無法直接獲得係統的精確數學模型，這時候就需要通過實驗數據來辨識係統的模型。書中詳細介紹瞭各種模型結構的選擇，以及基於數據估計模型參數的方法，比如最小二乘法、最大似然法等。 它還深入探討瞭如何利用辨識齣的模型來設計控製器，並對辨識精度對控製器性能的影響進行瞭分析。這讓我明白，係統辨識不僅僅是一個估計模型參數的過程，更是一個為瞭最終的控製目標服務的關鍵步驟。理解瞭這一點，對於我在實際工程中，如何有效地獲取和利用係統模型，有瞭更清晰的思路。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容確實非常豐富，對於我這樣一個在控製領域摸索多年的工程師來說，感覺像是打開瞭一扇新世界的大門。我當初選擇這本書，就是因為“動態係統”這個標題深深吸引瞭我，我一直覺得理解動態係統的本質是解決實際工程問題，尤其是在航空航天、機器人和汽車等領域，係統在不斷地變化，如何有效地駕馭這種變化，讓係統按照我們的意願穩定運行，這是一個核心的挑戰。而“反饋控製”更是其中的精髓，這本書無疑是係統性地梳理瞭這一脈絡。 我特彆喜歡書中對綫性係統理論的深入探討，從傳遞函數、狀態空間錶示到穩定性分析，每一個概念都講解得條理清晰，而且配有大量精心設計的例題，這些例題不僅僅是數學上的推導，更多的是結閤瞭實際的物理係統，比如彈簧-質量-阻尼係統，伺服電機等，讓我能夠直觀地理解抽象的數學模型是如何與現實世界聯係起來的。書中在講解根軌跡、頻率響應和奈奎斯特圖時，那種循序漸進的引導方式，讓我這個曾經對這些概念感到頭疼的讀者，也逐漸掌握瞭分析和設計綫性控製器的方法。特彆是關於魯棒性分析的部分，對於理解在模型不確定性下控製器的性能，非常有啓發。

評分☆☆☆☆☆

我一直對非綫性控製這部分內容抱有濃厚的興趣，因為現實世界中的很多係統，例如航空器在高速飛行時的氣動特性，或者機器人手臂在高速運動時産生的慣性力，都無法用簡單的綫性模型來精確描述。這本書在非綫性控製的章節，給我帶來瞭前所未有的清晰認識。它從相平麵分析、李雅普諾夫穩定性理論，到一些經典的設計方法，如反饋綫性化、滑模控製等，都進行瞭非常詳盡的闡述。我尤其欣賞書中對於李雅普諾夫第二方法（直接法）的講解，它提供瞭一種不依賴於求解微分方程就能判斷係統穩定性的強大工具，這對於分析復雜非綫性係統至關重要。 書中對於混沌和分岔的研究，也讓我大開眼界。雖然在我的日常工程工作中接觸到的不多，但理解這些現象背後的原理，能夠幫助我更好地認識和避免某些不可控的動態行為。作者在講解這些內容時，並沒有止步於理論，而是通過一些引人入勝的例子，比如著名的洛倫茲吸引子，讓我們體會到即使是確定性係統，也可能錶現齣看似隨機的復雜行為。這讓我對“控製”的邊界有瞭更深的思考，有時，我們要做的是引導係統進入穩定的狀態，有時，則是要理解並規避那些可能導緻失控的復雜動態。

評分☆☆☆☆☆

公司逼著買，就選瞭這本，同事們都說好。

評分☆☆☆☆☆

領券買的，很便宜，書的質量也很好。

評分☆☆☆☆☆

書是好書，而且是100-50的時候下單的。但是印刷質量確實不咋的

評分☆☆☆☆☆

挺好的書

評分☆☆☆☆☆

如何纔能得到積分呢，我隻好來評價瞭，感覺還行吧

評分☆☆☆☆☆

課程要求使用的教材，送貨速度很快。

評分☆☆☆☆☆

很好，很強大

評分☆☆☆☆☆

公司逼著買，就選瞭這本，同事們都說好。

評分☆☆☆☆☆

雙11優惠便宜購入，翻瞭一下，可以。