智能控制论 9787030292773 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名:智能控制论

定价：40.00元

售价：27.2元,便宜12.8元,折扣68

作者:涂序彦,王枞,刘建毅

出版社：科学出版社

出版日期：2010-10-01

ISBN：9787030292773

字数：256000

页码：203

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.318kg

编辑推荐

智能控制论是控制论向智能水平高度发展的新分支，大系统控制论是控制论向系统规模广度发展的新分支。本书是《大系统控制论》的姐妹篇，是关于智能控制论学科的专著，以“智能特性”为纲编排全书内容，如自寻优、自学习、自识别、自适应、自稳定、自组织、自协调等，重点研究拟人的智能控制系统。

内容提要

智能控制论（intelligent cybemetics）研究生物与机器的智能控制过程的共同规律，是基于广义智能、面向广义控制的广义智能控制理论，是控制论向智能水平高度发展的新分支。
本书是关于智能控制论学科的专著，以“智能特性”为纲编排全书内容，如自寻优、自学习、自识别、自适应、自稳定、自组织、自协调等，重点研究拟人的智能控制系统。
本书可作为控制学科、智能学科等领域的高年级本科生和研究生的教学参考书，也可供相关领域的研究人员参考。

目录

作者介绍

文摘

序言

《现代控制理论导论：系统分析与优化方法》 一、 概述 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代控制理论知识体系。我们抛弃了传统控制方法在复杂系统面前的局限性，转而聚焦于能够处理非线性、不确定、时变以及多变量等复杂特性的分析工具和设计策略。本书将系统地阐述从基础的系统建模，到高级的鲁棒控制、自适应控制和最优控制等核心理论，并辅以大量实际工程应用的案例分析，力求使读者不仅理解理论的精髓，更能掌握将其应用于解决实际工程问题的能力。 本书的读者对象包括但不限于：自动化、电气工程、机械工程、航空航天工程、机器人、过程控制、生物医学工程等相关领域的本科生、研究生，以及在科研机构和工程实践中从事系统分析、设计与控制的工程师和研究人员。对于具备一定微积分、线性代数、微分方程和复变函数基础的读者，将能更轻松地掌握本书内容。 二、 主要内容与结构安排 本书的结构设计遵循循序渐进、由浅入深的原则，确保读者能够逐步建立起完整的知识框架。 第一部分：系统建模与分析基础 本部分是整个理论体系的基石，详细介绍了如何准确地描述和分析一个动态系统。 第一章：动态系统的基本概念与描述 1.1 系统的定义与分类：我们将从宏观上对“系统”这一概念进行界定，探讨其内涵与外延，并介绍根据输入输出关系、时域特性、线性特性、时变特性等不同维度对系统进行分类的方法。例如，我们将区分静态系统与动态系统，集总参数系统与分布参数系统，线性系统与非线性系统，时不变系统与时变系统，单输入单输出（SISO）系统与多输入多输出（MIMO）系统。 1.2 数学模型的建立：本章将重点阐述建立系统数学模型的各种方法。 物理定律建模：基于牛顿定律、基尔霍夫定律、能量守恒定律等物理基本原理，推导系统的微分方程或差分方程。我们将以经典的RLC电路、机械振子、液位系统等作为实例，演示如何进行建模。 实验建模（辨识）：当物理模型难以建立或精度不足时，我们将介绍如何利用系统输入输出的实验数据，通过参数估计等方法辨识系统的模型。我们将涵盖黑箱模型（如传递函数、状态空间模型）和灰箱模型。 状态空间方法：重点介绍用一组一阶微分方程（或差分方程）来描述系统状态的演变。状态空间方法具有统一性强、适用于MIMO系统、便于计算机处理等优点，是现代控制理论的核心描述工具。我们将详细介绍状态向量、状态方程和输出方程的含义，以及不同模型之间的相互转换（如传递函数与状态空间模型的转换）。 1.3 线性时不变（LTI）系统的时域分析： 瞬态响应分析：研究系统在标准输入信号（如单位阶跃、单位脉冲、单位斜坡）作用下的输出行为，包括上升时间、超调量、调节时间、稳态误差等性能指标的定义和计算。我们将通过解析方法和数值仿真来分析零输入响应和零状态响应。 稳定性分析：深入探讨系统稳定性的概念，包括Lyapunov稳定性、渐近稳定性、指数稳定性等。我们将介绍判断LTI系统稳定性的代数判据（如Routh-Hurwitz判据）和根轨迹方法。 1.4 线性时不变（LTI）系统的频域分析： 传递函数：介绍传递函数在描述LTI系统输入输出关系中的作用，以及它与系统零极点、频率响应之间的紧密联系。 频率响应：分析系统对不同频率正弦信号的响应特性，包括幅频特性和相频特性。我们将介绍Bode图、Nyquist图、Nichols图等图示分析方法，以及它们在判断系统稳定性和性能方面的应用。 系统配置度：介绍可控性和可观测性是现代控制理论中的两个基本概念。我们将详细阐述它们的定义，以及如何通过Gramian矩阵、秩条件等代数方法进行判断。这对于后续的状态反馈控制设计至关重要。 第二部分：现代控制系统设计 本部分将聚焦于如何根据系统分析的结果，设计出满足性能要求的控制器。 第二章：状态反馈控制 2.1 状态反馈的基本原理：介绍通过将系统的内部状态信息作为控制器的输入，来影响系统动态行为的基本思想。我们将推导开环系统与闭环系统的数学模型之间的关系。 2.2 极点配置：这是状态反馈控制的核心应用之一。我们将详细介绍如何通过选择合适的状态反馈增益矩阵，将闭环系统的所有特征根（极点）配置到期望的位置，从而任意改变系统的动态响应特性（如速度、阻尼等）。我们将涵盖Ackermann公式、协变矩阵法等实现极点配置的算法。 2.3 可控性与极点配置的关系：深入分析系统可控性与能否任意配置极点之间的必然联系。我们将证明一个可控的系统，其极点可以被任意配置。 2.4 状态观测器设计：在许多实际应用中，系统的全部状态信息并非直接可测。本节将介绍如何设计状态观测器（状态估计器），利用系统的输入和输出信号来估计系统的内部状态。我们将详细介绍Luenberger观测器及其设计方法，以及观测器极点与系统动态之间的关系。 2.5 闭环系统整体分析：结合状态反馈和状态观测器，我们将分析具有状态观测器的闭环系统的稳定性、动态响应等。 第三章：最优控制理论 3.1 最优控制问题描述：将控制问题上升到“最优”的层面，即在满足系统约束的条件下，寻找能够使某个性能指标（代价函数）达到最优（最小或最大）的控制规律。我们将介绍性能指标的各种形式，如二次型性能指标。 3.2 变分法与Hamilton-Jacobi-Bellman（HJB）方程：本节将介绍解决最优控制问题所依赖的数学工具，包括变分法的基本概念以及描述动态规划思想的HJB方程。 3.3 线性二次型调节器（LQR）：这是最优控制中最重要和最广泛应用的特例。我们将详细推导LQR控制器的设计方法，即在LTI系统和二次型性能指标下，求解最优状态反馈增益。我们将讨论LQR的优点，如保证闭环系统稳定性。 3.4 模型预测控制（MPC）简介：尽管MPC是一种更为复杂的控制策略，但其核心思想源于最优控制。本章将简要介绍MPC的基本原理，即在每个采样时刻，利用当前系统状态和未来有限时间内的系统模型，求解一个最优控制序列，并只将第一个控制量施加于系统，然后在下一个采样时刻重复此过程。 第四章：鲁棒控制与自适应控制 4.1 系统不确定性与鲁棒性：探讨实际系统中存在的模型不确定性（如参数摄动、外部干扰等），以及控制系统在这些不确定性下保持稳定性和性能的能力，即鲁棒性。 4.2 H-无穷（H∞）控制简介：介绍一种重要的鲁棒控制方法，旨在最小化系统在最坏不确定性情况下的性能指标。我们将从概念上介绍H∞控制的设计目标和基本思想，但不深入复杂的数学推导。 4.3 自适应控制的基本思想：当系统参数随时间变化，或者系统模型未知且变化剧烈时，传统的固定增益控制器可能失效。本节将介绍自适应控制的核心理念，即控制器根据系统的实际运行情况，不断调整其控制参数，以适应变化的系统特性。 4.4 模型参考自适应控制（MRAC）：介绍一种经典的自适应控制结构，其中控制器的设计目标是使闭环系统的输出尽可能跟踪一个参考模型设定的理想动态行为。 4.5 递推最小二乘法（RLS）：作为自适应控制中的参数辨识工具，我们将介绍RLS算法，它能够以递推的方式实时更新系统参数估计值。 第三部分：应用案例与工程实践 本部分通过实际工程案例，展示本书所介绍的理论如何转化为解决实际问题的强大工具。 第五章：典型工程系统控制实例 5.1 飞机飞行控制系统：介绍飞机在升降舵、副翼、方向舵等执行机构的配合下，如何通过现代控制理论实现姿态稳定、航迹跟踪等任务。我们将讨论其MIMO特性和对鲁棒性的要求。 5.2 机器人运动控制：分析机器人关节的动力学特性，如何利用状态反馈实现轨迹跟踪、力控制等。我们将涉及关节位置、速度、力矩等状态变量的处理。 5.3 过程控制系统（如化工厂、电力系统）：探讨工业生产过程中，如何通过先进控制策略提高产品质量、降低能耗、保障安全。我们将分析其多变量耦合、非线性等特点。 5.4 汽车主动悬挂系统：研究如何通过感知路面信息和车辆动态，实时调整悬挂系统的阻尼和刚度，提高乘坐舒适性和操控稳定性。 5.5 生物医学工程应用：例如，人工胰岛素输送系统的设计，如何根据血糖水平实时调整胰岛素输送量，以维持血糖稳定。 第六章：计算机仿真与实现 6.1 数值计算工具介绍：简要介绍MATLAB/Simulink等在控制系统设计和仿真中的应用。 6.2 仿真实例演练：我们将选取书中的部分理论章节，通过具体的MATLAB脚本或Simulink模型，演示如何进行系统建模、控制器设计、性能评估。例如，设计一个LQR控制器并仿真其动态响应，或搭建一个自适应控制系统的仿真模型。 6.3 数字控制器的实现：探讨将连续时间控制算法离散化，并在数字控制器（如微控制器、FPGA）上实现的基本方法和注意事项，包括采样周期选择、量化误差等。 三、 内容亮点与特色 理论深度与广度并重：本书不仅覆盖了现代控制理论的经典内容，如状态空间、极点配置、LQR等，还对鲁棒控制、自适应控制等前沿领域进行了深入浅出的介绍，为读者搭建了扎实的理论基础。 强调系统化思维：从系统建模到控制器设计，再到应用实现，本书始终贯穿系统化的思维模式，帮助读者建立起完整的工程控制解决问题的流程。 大量实用案例分析：通过贴近实际的工程案例，读者能够更直观地理解抽象的理论概念，并掌握将理论应用于解决实际问题的具体方法。 强调可控性与可观测性：这两个概念在现代控制理论中至关重要，本书对它们的阐述贯穿始终，并作为控制器设计的前提条件。 注重理论与实践结合：结合计算机仿真工具，本书提供可操作的仿真实例，帮助读者将理论知识转化为实践技能。 语言清晰易懂，结构逻辑严谨：力求用清晰的语言解释复杂的概念，并以严谨的逻辑结构组织内容，便于读者理解和掌握。 四、 结语 掌握现代控制理论，意味着我们能够更加有效地分析和设计复杂的动态系统，使其按照我们的意愿运行。本书希望成为您在这一领域探索的得力助手，为您打开通往更高效、更智能系统控制的大门。通过对书中概念的深入学习和实践，您将能够胜任更具挑战性的工程项目，并为自动化和智能化技术的进步贡献力量。