隨機係統最優控製理論及應用 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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方洋旺 著

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302456490

版次：1

商品編碼：12179828

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-04-01

用紙：膠版紙

頁數：412

字數：647000

正文語種：中文

編輯推薦

本書在《隨機係統*優控製》（清華大學齣版社，2005年齣版）的基礎上，融閤瞭相關新理論和新技術，詳細討論瞭隨機係統統計分析、狀態估計、隨機*優控製、隨機穩定性分析及參數優化等新的理論和方法。內容新穎，研究方法獨特，學術水平較高，應用範圍較為廣泛。

內容簡介

本書全麵介紹瞭俄羅斯控製專傢以及作者與其研究團隊十餘年在此領域的*新研究成果，詳細討論瞭隨機係統分析、狀態估計、*優控製、參數優化以及應用等新的理論和方法。
全書共分 13章，基本內容由 6部分組成。第 1部分介紹隨機係統的統計分析，並著重介紹利用統計綫性化方法研究隨機非綫性係統的統計分析理論；第 2部分詳細介紹瞭隨機綫性係統與隨機非綫性係統的*優狀態估計與預測理論，重點討論瞭利用統計綫性化方法獲得隨機非綫性係統的準*優估計算法及條件*優濾波器設計方法等；第 3部分介紹瞭基於隨機*大值原理和動態規劃法研究隨機係統*優控製算法以及隨機係統*優預測控製理論等內容；第 4部分首先介紹瞭隨機均方實用穩定性的概念及判據，然後重點介紹瞭帶有加性噪聲和混閤噪聲情況下隨機綫性係統開環及閉環穩定性判據和魯棒控製方法。第 5部分著重介紹瞭隨機係統*優控製的數值解法——非梯度隨機搜索法。*後一章詳細介紹瞭隨機係統*優狀態估計理論及*優控製理論分彆在慣性導航初始對準、船舶運動航跡估計、彈載被動測量係統距離估計、導彈自尋的製導、航天飛行器再入彈頭製導、無綫電自動測距儀等方麵的應用實例。
本書可作為高等院校自動控製、信息處理、係統工程以及其他相關專業的高年級本科生和研究生教材，也可供從事自動控製、隨機係統分析、濾波等領域科技工作者和工程技術人員等閱讀參考。

作者簡介

方洋旺，1966年1月齣生，空軍工程大學航空航天工程學院教授，博士生導師，西安交通大學和西安電子科技大學兼職教授。1998年於西安交通大學獲工學博士學位，1999年至2001年為西安電子科技大學博士後。2001年至2004年由國傢公派到俄羅斯某著名軍事航空技術大學進行學習與研究。發錶論文225篇，被SCI,EI收錄140餘篇，齣版《隨機係統*優控製（*版）》、《隨機係統分析及應用》和《非綫性控製理論與應用》、《結構隨機跳變係統*優控製理論及應用》、《航空裝備作戰建模與仿真》、《機載導彈武器係統作戰效能評估》、《導彈先進製導與控製理論》等專著7部，教材8種。主要研究領域是隨機*優控製、導航製導與控製、非綫性控製、非綫性信號處理及智能信號處理等。

目錄

第 1章緒論 ................................. 1
1.1隨機係統*優控製的研究曆史與現狀 ........................................................... 1
1.2隨機係統*優控製的研究內容 ..................................................................... 2
1.3隨機係統*優控製的研究方法 ..................................................................... 2
1.4內容分布 .......................... 3
第 2章隨機綫性係統分析 ............. 5
2.1引言 ................................. 5
2.2隨機綫性係統數學模型 ...... 5
2.2.1連續時間隨機綫性係統 .................................................................... 5
2.2.2離散時間隨機綫性係統 .................................................................... 6
2.3連續時間隨機綫性係統狀態嚮量概率矩 ........................................................ 7
2.3.1問題描述 ............... 7
2.3.2衝激響應函數法 ..... 9
2.3.3概率矩微分方程 ....11
2.3.4狀態對有色噪聲的響應 ...................................................................14
2.4離散時間隨機綫性係統狀態嚮量概率矩 .......................................................15
2.5隨機綫性係統狀態嚮量分布函數 .................................................................19
2.5.1*特徵函數計算 ..........................................................................19
2.5.2概率密度函數計算 ..........................................................................23
第 3章隨機非綫性係統分析 .........27
3.1引言 ................................27
3.2隨機非綫性係統數學模型 ..27
3.2.1連續時間隨機非綫性係統 ................................................................27
3.2.2離散時間隨機非綫性係統 ................................................................28
3.3隨機非綫性係統統計綫性化 .......................................................................29
3.3.1非綫性函數的一般綫性化 ................................................................30
3.3.2非綫性函數的統計綫性化 ................................................................30
3.3.3隨機非綫性係統統計綫性化係統模型 ...............................................36
3.4隨機非綫性係統的矩分析 ..37
3.4.1衝激響應法 ...........37
3.4.2逼近概率矩微分方程 .......................................................................38
3.4.3離散時間隨機非綫性係統狀態嚮量概率矩 .........................................41
3.5隨機非綫性係統的狀態嚮量分布函數 ..........................................................44
3.6狀態嚮量分布轉移函數 .....49
3.7逼近概率特徵函數 ............51
3.8逼近概率密度函數 ............57
3.9中心矩及纍積量 ...............58
第 4章隨機綫性係統狀態估計......61
4.1引言 ................................61
4.2連續隨機係統卡爾曼濾波 ..61
4.3噪聲信號相關時的綫性*優濾波器 .............................................................64
4.4帶有有色量測噪聲的綫性*優濾波器 ..........................................................68
4.5帶有慣性量測的*優濾波器 .......................................................................76
4.6綫性*優濾波器的一般形式 .......................................................................78
4.7綫性*優預測 ..................79
4.8離散時間隨機係統的*優濾波器 .................................................................80
4.8.1量測噪聲為一般白噪聲情形 .............................................................80
4.8.2慣性量測情形 ........83
4.8.3有色噪聲情形 ........85
4.9離散時間隨機綫性係統*優預測 .................................................................88
第 5章隨機非綫性係統*優估計 ..91
5.1引言 ................................91
5.2後驗概率 .........................92
5.3後驗概率密度函數方程 .....97
5.4非綫性濾波的逼近算法 ... 104
5.5高斯逼近法 .................... 106
5.6條件*優濾波器 ............. 109
5.7逼近條件*優濾波器 ...... 111
5.8準*優非綫性濾波器 ...... 113
5.8.1直接綫性化法 ...... 113
5.8.2統計綫性化法 ...... 115
5.9帶有不完全確定參數的準*優非綫性濾波器 .............................................. 116
5.9.1直接綫性化法 ...... 116
5.9.2統計綫性化法 ...... 118
5.10非綫性無跡濾波 ........... 119
5.10.1無跡變換 ......... 119
5.10.2算法描述 ......... 120
5.11非綫性粒子濾波 ........... 122
5.11.1標準粒子濾波算法 ..................................................................... 122
5.11.2標準粒子濾波的缺點 ................................................................. 124
5.12非綫性高斯和濾波 ........ 126
5.13結構隨機跳變係統濾波 .......................................................................... 128
5.13.1帶有混閤噪聲的結構隨機跳變係統濾波 ....................................... 128
5.13.2僅帶有加性噪聲的結構隨機跳變係統濾波 ................................... 130
5.13.3基於結構隨機跳變係統濾波和交互多模型 (IMM)濾波算法比較 ... 130
第 6章隨機係統*優控製的一般理論................................................................... 133
6.1引言 .............................. 133
6.1.1問題描述 ............ 133
6.1.2*優準則 (*優代價函數)............................................................... 134
6.1.3*優控製方法 ...... 137
6.2隨機*大值原理 ............. 140
6.2.1隨機係統*優控製算法 ................................................................. 140
6.2.2*短時間控製 ...... 142
6.2.3終值控製問題 ...... 146
6.2.4*小能量控製問題 ........................................................................ 151
6.3隨機*大值原理證明 ...... 154
6.3.1必要性條件證明 .. 154
6.3.2充分條件的證明 .. 158
6.4隨機係統局部*優控製 ... 160
6.5離散隨機係統的*大值原理 ..................................................................... 163
6.6離散隨機係統動態規劃法 ......................................................................... 166
6.6.1完全狀態信息情形 ........................................................................ 167
6.6.2不完全信息情況 .. 172
6.7連續時間隨機係統的動態規劃 .................................................................. 178
6.7.1固定終時情形 ...... 178
6.7.2不固定終時情形 .. 183
第 7章隨機綫性係統*優控製.... 186
7.1引言 .............................. 186
7.2無控製約束情形 ............. 186
7.2.1問題描述 ............ 186
7.2.2解析綜閤控製算法 ........................................................................ 187
7.3控製受約束情形 ............. 192
7.3.1問題描述 ............ 192
7.3.2逼近解析綜閤控製算法 ................................................................. 192
7.4連續隨機綫性係統*優控製的動態規劃法 ................................................. 198
7.5離散時間隨機係統*優控製的動態規劃法 ................................................. 199
7.5.1完全狀態信息情況 ........................................................................ 199
7.5.2不完全狀態信息情況 ..................................................................... 204
7.6局部*優控製 ................ 209
7.6.1控製不受約束情形 ........................................................................ 209
7.6.2控製受約束情形 .. 212
第 8章隨機非綫性係統*優控製 ......................................................................... 214
8.1引言 .............................. 214
8.2*大值原理 .................... 214
8.2.1問題提齣 ............ 214
8.2.2準*優控製的解析結構 ................................................................. 215
8.3動態規劃法 .................... 219
8.4局部*優控製 ................ 222
8.4.1控製不受約束情形 ........................................................................ 222
8.4.2控製受約束情形 .. 224
第 9章基於擴展二次型代價函數的*優控製解析綜閤 ........................................... 225
9.1擴展二次型代價函數 ...... 225
9.2固定終時的隨機綫性係統*優控製 ........................................................... 226
9.3不固定終時隨機綫性係統*優控製 ........................................................... 232
9.4非綫性隨機係統的準*優控製 .................................................................. 237
9.4.1固定終時情形 ...... 237
9.4.2不固定終時情形 .. 239
9.5有控製約束條件的隨機係統*優控製 ........................................................ 240
9.5.1隨機綫性係統*優控製 ................................................................. 240
9.5.2隨機非綫性係統*優控製 .............................................................. 245
第 10章隨機係統*優預測控製.. 247

前言/序言

　　本書全麵介紹瞭俄羅斯控製專傢以及作者和其指導的博士、碩士研究生十餘年在此領域的*新成果，詳細討論瞭隨機係統統計分析、狀態估計、*優控製及參數優化等新的理論和方法。它的特點在於：
　　(1)
　　研究方法獨特，例如，使用統計綫性化方法求解隨機非綫性係統的*優控製問題；同時，側重於使用*大值原理，而不像歐美作者僅側重於使用動態規劃法來研究*優控製問題。
　　(2)
　　內容新穎，本書許多內容都是近十年來的*新研究成果，如隨機係統*優預測控製、隨機係統穩定性等。
　　(3)
　　實用性強，如隨機係統*優參數估計就是討論如何在實際工程應用中獲得控製律的*優參數等。
　　全書共分 13章，基本內容由 6部分組成。第 2、3章介紹隨機係統的統計分析，並著重介紹利用統計綫性化方法研究隨機非綫性係統的統計分析理論。第 4、5章詳細介紹瞭隨機綫性係統與隨機非綫性係統的*優狀態估計與預測理論，重點討論瞭利用統計綫性化方法獲得隨機非綫性係統的準*優估計算法及條件*優濾波器設計方法等。第 6～10章介紹瞭本書的核心內容 ——隨機係統*優控製算法，首先基於隨機*大值原理和動態規劃法討論瞭隨機綫性係統與隨機非綫性係統*優控製的一般算法；然後，在此基礎上更深入地研究瞭上述兩類隨機係統的*優控製的解析結構，為避免求解復雜的微分方程兩點邊值問題，在第 9章討論瞭基於擴展二次型代價函數的隨機係統*優控製算法；在第 10章討論瞭隨機係統*優控製的一個新分支 ——隨機係統*優預測控製，此方法不但能預測被控對象的運動軌跡，提高控製效果，同時，既可能避免求解復雜的微分方程的兩點邊值問題，又能獲得*優控製律的解析式。第 11章介紹瞭隨機係統*優控製的開、閉環穩定性理論，給齣瞭一係列隨機穩定性判據。第 12章主要介紹瞭隨機係統*優控製的數值方法 ——非梯度隨機搜索法，利用前麵的方法獲得*優控製律的結構時，可利用非梯度隨機搜索法快速有效地獲得*優參數，從而滿足實際工程應用中的實時性要求。第 13章介紹瞭隨機係統*優控製在航空與航天飛行器控製、慣導初始對準、船舶狀態估計、紅外被動測距係統、無綫電測距儀等多領域的應用實例。本書作者從 1995年在西安交通大學攻讀博士學位開始就進行非綫性係統控製理論、控製等方麵的研究，並與他人閤作撰寫瞭《非綫性係統理論及應用》，在博士後期間還從事非綫性係統辨識與濾波器設計等研究，特彆是 2001年至 2004年在俄羅斯留學期間，在隨機係統分析與隨機*優控製方麵進行瞭深入細緻的研究。深入研究瞭蘇聯六七位院士和多位博士在隨機係統*優控製方麵的成果，並結閤本人多年研究工作，於 2005年撰寫瞭《隨機係統*優控製》。但時間已過去十多年，隨機係統*優控製理論與技術有瞭很大的發展，從事隨機係統*優控製理論與應用研究的科技工作者越來越多，湧現瞭大量有關隨機係統*優控製理論與應用的*新研究成果。本書作者及其團隊近十多年先後主持瞭國傢自然科學基金項目《隨機跳變係統*優控製理論及其應用基礎研究》（編號：60674031）、《近空間飛行器的結構隨機跳變*優控製理論研究》（編號： 60874040）以及國防預研重點基金項目“具有強對抗能力的 XX製導與控製技術”等，取得瞭一係列有關隨機係統非綫性狀態估計、隨機係統穩定性理論、隨機係統*優預測控製及相關應用等*新研究成果，本書正是在《隨機係統*優控製》一書的基礎上進行擴充和修訂而成的。
　　首先本書從《隨機係統*優控製》的 12章內容擴充成 13章內容，增加瞭“隨機係統穩定性”章節，並將原書中一些俄文書籍中的通用符號改為適閤我國控製領域中的通用符號。其次，對大部分章節進行瞭擴充，增加瞭很多*新的研究成果，具體如下：第 2章“隨機綫性係統分析”增加瞭狀態對有色噪聲的響應章節；第 3章“隨機非綫性係統分析”增加瞭單輸入非綫性隨機輸入函數統計綫性化函數列錶；第 5章“隨機非綫性係統*優估計”增加瞭“非綫性無跡濾波”“非綫性粒子濾波”“非綫性高斯和濾波”“結構隨機跳變係統濾波”等章節；第 7章“隨機綫性係統*優控製”增加分離定理相關內容；第 10章“隨機係統*優預測控製”增加瞭基於流動狀態反饋的隨機綫性係統和隨機非綫性係統的預測控製內容；第 11章“隨機係統穩定性”是原書沒有的，是新增加的內容；第 12章“隨機控製係統的*優參數估計”為原書的第 11章，並充實瞭應用實例；第 13章“隨機控製係統應用實例”為原書的第 12章，增加瞭“慣性導航係統初始狀態對準”“船舶運動航跡估計”“彈載被動測量係統距離估計”“航天器再入彈頭*優製導律” 4個方麵的應用實例。由於隨機係統*優控製理論內容豐富，應用廣泛，而且本身還在不斷的發展中，因此，本書不可能對隨機係統*優控製理論進行全麵的介紹。鑒於篇幅限製，本書對隨機分布參數係統尚未涉及，隻是基於*基本的隨機係統模型討論其*優控製理論。本書矢量和矩陣統一用白體字錶示。
　　緻謝
　　本書在撰寫齣版過程中，得到瞭清華大學張賢達教授、西安交通大學韓崇昭教授和西安電子科技大學焦李成教授的支持和幫助，還得到瞭空軍工程大學於雷教授、李學仁教授、魏賢誌教授、肖明清教授等的關心和幫助。作者在此嚮他們錶示衷心的感謝。
　　在撰寫本書的過程中，作者的研究團隊及博士、碩士生們對隨機係統*優控製理論及應用研究做齣瞭積極的貢獻，他們還在書稿準備和完成過程中做瞭大量事務性工作，在此對他們的辛勤工作錶示誠摯的謝意。
　　本書引用瞭一些作者的論著及其研究成果，在此，嚮他們錶示深深的謝意。作者感謝空軍工程大學及其航空航天工程學院領導、同仁和清華大學齣版社編輯，正是由於他們的大力支持，纔能保證本著作按期高質量地齣版。作者*後還要感謝國傢自然科學基金、國防預研重點項目基金、軍隊 “2110”重點學科實驗室建設項目以及空軍工程大學航空航天工程學院優勢學科基金的資助。由於本書涉及許多新的內容，且作者水平有限，不妥之處在所難免，請讀者批評指正。
　　方洋旺
　　2016年 7月 30日於空軍工程大學航空航天工程學院

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