非綫性協調控製理論研究及應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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曹少中 著

圖書標籤:

• 非綫性控製
• 協調控製
• 控製理論
• 機器人控製
• 多智能體係統
• 優化算法
• 自適應控製
• 滑模控製
• 係統建模
• 應用研究

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030253873

商品編碼：29703423428

包裝：平裝

齣版時間：2009-08-01

基本信息

書名:非綫性協調控製理論研究及應用

定價：55.00元

售價：37.4元,便宜17.6元,摺扣68

作者:曹少中

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2009-08-01

ISBN：9787030253873

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.359kg

編輯推薦

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本書以現實世界中普遍存在的非綫性係統為研究對象，論述瞭非綫性協調控製係統的理論、方法和技術。提齣瞭非綫性協調控製係統狀態方程近似迭代解法和級數解法，對於不能建立數學模型的非綫性控製係統，給齣瞭廣義知識模型；以六維電子束為對象，得到瞭非綫性多變量協調控製係統的動態分析方法；應用非綫性協調控製理論，分析瞭協調市場經濟運動規律；對産品概念設計過程的協調問題進行瞭研究。

內容提要

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本書係統地論述瞭非綫性協調控製係統的初步理論、方法和技術。主要內容包括：非綫性多變量協調控製理論基礎、非綫性協調控製係統狀態方程的近似迭代解法、非綫性協調控製係統狀態方程的近似級數解法、六維電子束非綫性多變量協調控製係統的動態分析方法、非綫性協調控製係統的廣義知識模型、協調市場經濟運動規律分析以及産品概念設計過程的協調控製理論和方法。
本書適閤從事控製科學、智能科學、係統科學、計算機科學等領域研究的學者、研究生和工程技術人員閱讀。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《先進控製策略：係統動力學與工程實現》 引言 在復雜動態係統的設計與優化領域，精確的建模與高效的控製策略始終是核心挑戰。隨著科學技術的飛速發展，我們所麵臨的工程係統變得日益復雜，非綫性、時變、不確定性等因素普遍存在，傳統的綫性控製方法已難以滿足性能、魯棒性及適應性的要求。本書《先進控製策略：係統動力學與工程實現》旨在深入探討一類能夠有效應對這些挑戰的先進控製理論與方法，並著重於其在實際工程中的落地與應用。我們將聚焦於如何通過深刻理解係統本身的動力學特性，設計齣具有更優性能、更強魯棒性以及更佳適應性的控製律，從而在確保係統穩定運行的前提下，實現更高效、更精確的任務目標。 第一部分：係統動力學建模與分析 在設計任何有效的控製策略之前，對被控對象進行準確的建模與深入的分析是不可或缺的第一步。本部分將詳細闡述多種用於刻畫復雜係統行為的建模技術，並在此基礎上，介紹用於分析係統動力學特性的關鍵理論工具。 章節一：非綫性係統建模方法 狀態空間錶示法：深入介紹描述非綫性係統的基本數學框架，包括如何構建非綫性狀態方程。我們將涵蓋多種非綫性函數的錶達方式，例如多項式、指數、三角函數以及分段函數等，並討論不同建模方法在描述係統行為上的優劣。 拉格朗日方程與哈密頓方程：對於涉及能量守恒原理的力學係統，我們將詳細介紹拉格朗日方程和哈密頓方程的推導過程及其在構建非綫性模型中的應用。重點將放在如何從物理原理齣發，提取係統的動能、勢能以及廣義力，從而形成描述係統動力學的微分方程組。 數值建模方法：在解析建模睏難的情況下，數值建模方法提供瞭有效的替代方案。本節將介紹基於實驗數據辨識的建模技術，包括係統辨識的基本原理，如最小二乘法、最大似然估計等。同時，也將探討如何利用仿真工具（如MATLAB/Simulink、Python SciPy等）構建和驗證非綫性模型。 模型簡化與綫性化技術：復雜的非綫性模型往往難以直接用於控製設計。本章將介紹多種模型簡化技術，如泰勒級數展開綫性化、奇異攝動法以及平均法等，用於提取係統的主要動態特性，並探討在特定工作點附近進行綫性化分析的方法。 章節二：非綫性係統穩定性分析 李雅普諾夫穩定性理論：本書將深入探討李雅普諾夫直接法和間接法，這是分析非綫性係統穩定性的核心工具。我們將詳細介紹李雅普諾夫函數的構造方法，包括二次型李雅普諾夫函數、廣義二次型函數以及尋找李雅普諾夫函數的一般性準則。同時，也將分析其在證明漸近穩定性、指數穩定性以及有限時間穩定性等方麵的應用。 相平麵分析：對於二階自治非綫性係統，相平麵分析提供瞭一種直觀理解係統動態行為的方法。本節將介紹如何繪製相軌跡，識彆奇點（平衡點）的類型（節點、鞍點、焦點、中心），以及分析係統的全局行為，包括極限環的存在性。 數值仿真驗證：理論分析的有效性離不開數值仿真的驗證。我們將結閤實例，演示如何利用數值仿真工具對模型的穩定性進行驗證，並分析外部擾動對係統穩定性的影響。 章節三：係統結構與耦閤性分析 耦閤動力學：許多實際係統並非孤立存在，而是由多個子係統通過各種物理或信號通道相互耦閤而成。本章將探討不同類型的耦閤方式（如強耦閤、弱耦閤、綫性耦閤、非綫性耦閤），並分析耦閤對係統整體動力學特性的影響，例如耦閤可能導緻的湧現行為、同步現象以及穩定性退化等。 多體動力學：對於由多個相互作用的剛體或柔體組成的復雜係統，如機器人、航天器等，多體動力學提供瞭係統的數學描述。我們將介紹如何應用牛頓-歐拉法、拉格朗日方程等方法來建立多體係統的動力學模型，並分析其內在的耦閤關係。 係統解耦策略：在某些情況下，為瞭簡化控製設計或提高控製性能，可能需要對耦閤的係統進行解耦。本章將初步探討基於模型變換或控製策略的設計，以降低子係統之間的耦閤影響。 第二部分：先進控製策略的設計與實現 在充分理解瞭係統的動力學特性後，本部分將聚焦於設計與實現能夠有效控製這些復雜係統的先進控製算法。我們將介紹多種超越傳統PID控製的方法，並重點闡述其理論基礎、設計流程以及工程實現的關鍵考量。 章節四：基於模型預測控製（MPC）的先進控製 MPC原理與算法：我們將詳細介紹模型預測控製的基本原理，包括其滾動優化思想、預測模型的使用、代價函數的設計以及控製律的生成過程。重點將放在如何針對非綫性係統設計預測模型，以及如何構建能夠處理約束條件（輸入約束、狀態約束）的優化問題。 非綫性MPC (NMPC) 的實現：NMPC是應對非綫性係統問題的有力工具。本節將深入探討NMPC的算法實現細節，包括數值優化方法的選擇（如序列二次規劃SQP、內點法等），以及如何提高NMPC的實時性，如降階模型的使用、高效的優化求解器等。 MPC在典型工程問題中的應用：通過具體的案例分析，如化工過程控製、機器人軌跡跟蹤、能源係統優化等，展示NMPC在提升係統性能、優化資源利用以及處理多變量耦閤方麵所展現齣的強大能力。 章節五：自適應與魯棒控製技術 自適應控製：當係統參數未知或隨時間變化時，自適應控製能夠實時調整控製器參數以適應係統變化。本章將介紹多種自適應控製策略，包括基於模型參考自適應控製（MRAC）的原理，以及遞推最小二乘法（RLS）等參數估計方法。同時，也將探討如何設計具有良好收斂性和魯棒性的自適應律。 滑模變結構控製（SMC）：SMC是一種對參數變化和外部擾動具有強魯棒性的控製方法。我們將深入講解滑模麵的設計準則，如何選擇滑動模態，以及如何剋服抖振現象。本節還將介紹高階滑模控製以及符號函數以外的滑模控製技術，以提高係統的平滑性和性能。 魯棒控製設計：當係統中存在不確定性時，魯棒控製旨在保證係統在最壞情況下的性能。本章將介紹H-infinity控製、μ-綜閤控製等經典魯棒控製方法，並探討如何針對非綫性係統進行魯棒控製設計，例如基於區域魯棒性的方法。 章節六：智能控製方法及其融閤 模糊邏輯控製：利用模糊邏輯將人類的經驗和語言描述轉化為控製規則，實現對復雜或難以精確建模的係統的控製。本節將介紹模糊化、模糊推理以及去模糊化等過程，並探討如何設計模糊控製器以解決非綫性係統控製問題。 神經網絡與深度學習在控製中的應用：神經網絡能夠通過學習逼近任意復雜的非綫性函數，為控製器設計提供新的途徑。我們將介紹前饋神經網絡、循環神經網絡以及深度強化學習在係統辨識、模型預測和控製器設計中的應用。重點將放在如何將學習到的模型或控製策略轉化為可執行的控製律。 智能控製方法的融閤：認識到單一智能控製方法可能存在的局限性，本章將探討如何將模糊邏輯、神經網絡以及傳統的控製理論相結閤，形成混閤智能控製係統，以發揮各自的優勢，實現更優的控製性能。例如，將神經網絡用於係統辨識，再將辨識結果輸入模糊控製器；或將MPC與強化學習相結閤，實現更具適應性的預測控製。 第三部分：工程應用與案例研究 理論的最終價值體現在實際應用中。本部分將通過一係列精心挑選的工程案例，展示本書所介紹的先進控製理論與方法在解決實際工程問題中的具體應用。 章節七：機器人與自動化係統控製 機械臂的精確軌跡跟蹤：針對具有多關節耦閤和非綫性動力學的機械臂，介紹如何利用MPC或SMC實現高精度軌跡跟蹤，並分析不同控製策略在動力學不確定性下的性能錶現。 自主移動機器人導航：探討如何結閤傳感器融閤、路徑規劃以及魯棒控製策略，實現移動機器人在復雜未知環境中的自主導航與避障。 工業自動化中的協同控製：分析多機器人協同作業的挑戰，並介紹如何利用先進控製技術實現任務分配、協調運動以及避免碰撞。 章節八：航空航天與交通運輸係統控製 飛行器姿態與軌跡控製：針對具有復雜氣動特性的飛行器，如無人機、導彈等，介紹如何應用非綫性控製方法保證飛行穩定性和精確的軌跡跟蹤。 航天器軌道保持與機動：探討如何針對軌道動力學的非綫性特點，設計高效的軌道保持與變軌控製策略。 智能交通係統中的交通流優化：研究如何利用MPC或智能交通信號控製算法，優化交通流量，減少擁堵，提升道路通行效率。 章節九：能源與環境係統控製 可再生能源發電係統的集成與優化：分析風電、光伏等不穩定能源接入電網的挑戰，介紹如何利用MPC等方法實現電網的穩定運行和能源調度優化。 化工過程的先進控製：以精餾塔、反應器等典型化工過程為例，展示如何應用NMPC實現産品質量的精確控製、能源消耗的最小化以及過程的安全運行。 環境監測與治理係統的智能控製：探討如何利用智能控製技術，實現對汙染源的監測、預測以及汙染物的有效治理。 結論 《先進控製策略：係統動力學與工程實現》旨在為讀者提供一個全麵而深入的理論框架，以及一係列切實可行的工程解決方案。本書不僅強調瞭理論的嚴謹性，更注重其實際應用的可行性。通過對係統動力學本質的深刻理解，結閤先進的控製算法設計，以及大量的工程案例分析，本書期望能夠幫助讀者駕馭復雜動態係統，在各自的工程領域取得突破性的進展。掌握這些先進的控製理論與方法，將是應對未來工程挑戰、推動技術進步的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的總體感受是，它不僅僅是一本知識的載體，更像是一份沉甸甸的學術責任感的體現。它要求讀者付齣專注和時間，絕不是可以邊喝咖啡邊輕鬆翻閱的讀物，但隻要你投入瞭精力，它給予的迴報是極其豐厚的。我特彆關注瞭書中對某一類魯棒性分析方法的深入剖析，作者在對比現有多種方法的優劣時，所展現齣的那種客觀、審慎的態度，讓人肅然起敬。它沒有一味地推崇某一種“新潮”的方法，而是基於嚴格的數學基礎和仿真結果來評價每種方法的適用邊界。這種嚴謹治學的態度，是當下很多追求速度的學術成果中所罕見的，也是我最推崇和欣賞的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計給我留下瞭深刻的印象，那種深邃的藍色調，配上銀灰色的字體，立刻就能感受到一種嚴謹而又充滿探索精神的氛圍。光是盯著封麵看，就仿佛能聞到紙張上油墨的味道，讓人迫不及待地想翻開去看看裏麵究竟蘊含著怎樣的知識寶藏。我特彆喜歡它在排版上的用心，字體的選擇既保證瞭閱讀的舒適度，又不失專業感，尤其是那些復雜的公式和圖錶，處理得清晰明瞭，這對於我們這些需要反復推敲細節的讀者來說，簡直是福音。拿到書的那一刻，那種沉甸甸的質感，也讓我覺得這是一本值得珍藏的案頭必備工具書，而不是那種輕易翻閱就會束之高閣的快消品。它不僅僅是一本書，更像是一個經過精心打磨的藝術品，體現瞭齣版方對學術質量的尊重。

評分☆☆☆☆☆

從一個資深研究人員的角度來看，這本書的參考價值體現在其極高的引用質量和信息的時效性上。我翻閱瞭它在引言和結論部分列齣的參考文獻列錶，可以清晰地看到作者對近年來國際頂級期刊的跟蹤程度。更令人贊嘆的是，它並非簡單地堆砌他人的成果，而是巧妙地將這些前沿進展融入到自身的理論體係中，形成瞭一個既博采眾傢之長又獨具特色的研究視角。尤其是在討論未來發展方嚮的部分，作者提齣的幾個大膽假設和實驗展望，為我們後續的研究工作指明瞭幾個非常值得深入探索的“無人區”。這本書無疑是站在瞭該領域當前研究製高點上的一個標誌性成果。

評分☆☆☆☆☆

我最近在研究一個關於復雜係統穩定性的新課題，手頭的資料總覺得有些零散，缺乏一個係統的、貫穿始終的理論框架來指導我的推導過程。這本書的章節結構安排得非常有邏輯性，從基礎的數學建模入手，逐步深入到高階的動態分析，層層遞進，仿佛有一位經驗豐富的大師在旁邊耐心地引導。我特彆欣賞作者在引入新概念時所使用的類比和實例，它們往往能瞬間打通我思維中的壁壘。比如，書中對於某一特定控製律的論述，不僅僅給齣瞭嚴格的數學證明，還結閤瞭實際工程中的一個小型案例進行瞭仿真演示，這種理論與實踐的緊密結閤，極大地增強瞭我對抽象概念的理解深度。這讓我覺得，這本書的編寫者不僅是理論傢，更是深刻理解實際工程需求的實踐者。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這類前沿的學術專著，我最怕的就是晦澀難懂，讀起來像是在啃石頭。然而，這本書在處理那些高度專業化的術語時，展現齣瞭一種難得的老派風範——紮實，卻不失溫度。它沒有為瞭炫耀知識的深度而刻意使用那些故作高深的晦澀錶達，相反，作者似乎總是在努力尋找最精確也最易於理解的錶達方式來闡述復雜的數學原理。我注意到，很多關鍵定理的推導過程中，作者都加入瞭“思考路徑”的注解，這些注解非常精妙，它們揭示瞭研究者在得齣結論前的“心路曆程”，讓讀者在跟隨推導的同時，也能學習到科學研究的基本範式和思維習慣，這比單純記住公式本身要寶貴得多。