非线性协调控制理论研究及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

曹少中 著

图书标签:

• 非线性控制
• 协调控制
• 控制理论
• 机器人控制
• 多智能体系统
• 优化算法
• 自适应控制
• 滑模控制
• 系统建模
• 应用研究

店铺： 广影图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030253873

商品编码：29703423428

包装：平装

出版时间：2009-08-01

基本信息

书名:非线性协调控制理论研究及应用

定价：55.00元

售价：37.4元,便宜17.6元,折扣68

作者:曹少中

出版社：科学出版社

出版日期：2009-08-01

ISBN：9787030253873

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.359kg

编辑推荐

---

本书以现实世界中普遍存在的非线性系统为研究对象，论述了非线性协调控制系统的理论、方法和技术。提出了非线性协调控制系统状态方程近似迭代解法和级数解法，对于不能建立数学模型的非线性控制系统，给出了广义知识模型；以六维电子束为对象，得到了非线性多变量协调控制系统的动态分析方法；应用非线性协调控制理论，分析了协调市场经济运动规律；对产品概念设计过程的协调问题进行了研究。

内容提要

---

本书系统地论述了非线性协调控制系统的初步理论、方法和技术。主要内容包括：非线性多变量协调控制理论基础、非线性协调控制系统状态方程的近似迭代解法、非线性协调控制系统状态方程的近似级数解法、六维电子束非线性多变量协调控制系统的动态分析方法、非线性协调控制系统的广义知识模型、协调市场经济运动规律分析以及产品概念设计过程的协调控制理论和方法。
本书适合从事控制科学、智能科学、系统科学、计算机科学等领域研究的学者、研究生和工程技术人员阅读。

目录

---

作者介绍

---

文摘

---

序言

---

《先进控制策略：系统动力学与工程实现》 引言 在复杂动态系统的设计与优化领域，精确的建模与高效的控制策略始终是核心挑战。随着科学技术的飞速发展，我们所面临的工程系统变得日益复杂，非线性、时变、不确定性等因素普遍存在，传统的线性控制方法已难以满足性能、鲁棒性及适应性的要求。本书《先进控制策略：系统动力学与工程实现》旨在深入探讨一类能够有效应对这些挑战的先进控制理论与方法，并着重于其在实际工程中的落地与应用。我们将聚焦于如何通过深刻理解系统本身的动力学特性，设计出具有更优性能、更强鲁棒性以及更佳适应性的控制律，从而在确保系统稳定运行的前提下，实现更高效、更精确的任务目标。 第一部分：系统动力学建模与分析 在设计任何有效的控制策略之前，对被控对象进行准确的建模与深入的分析是不可或缺的第一步。本部分将详细阐述多种用于刻画复杂系统行为的建模技术，并在此基础上，介绍用于分析系统动力学特性的关键理论工具。 章节一：非线性系统建模方法 状态空间表示法：深入介绍描述非线性系统的基本数学框架，包括如何构建非线性状态方程。我们将涵盖多种非线性函数的表达方式，例如多项式、指数、三角函数以及分段函数等，并讨论不同建模方法在描述系统行为上的优劣。 拉格朗日方程与哈密顿方程：对于涉及能量守恒原理的力学系统，我们将详细介绍拉格朗日方程和哈密顿方程的推导过程及其在构建非线性模型中的应用。重点将放在如何从物理原理出发，提取系统的动能、势能以及广义力，从而形成描述系统动力学的微分方程组。 数值建模方法：在解析建模困难的情况下，数值建模方法提供了有效的替代方案。本节将介绍基于实验数据辨识的建模技术，包括系统辨识的基本原理，如最小二乘法、最大似然估计等。同时，也将探讨如何利用仿真工具（如MATLAB/Simulink、Python SciPy等）构建和验证非线性模型。 模型简化与线性化技术：复杂的非线性模型往往难以直接用于控制设计。本章将介绍多种模型简化技术，如泰勒级数展开线性化、奇异摄动法以及平均法等，用于提取系统的主要动态特性，并探讨在特定工作点附近进行线性化分析的方法。 章节二：非线性系统稳定性分析 李雅普诺夫稳定性理论：本书将深入探讨李雅普诺夫直接法和间接法，这是分析非线性系统稳定性的核心工具。我们将详细介绍李雅普诺夫函数的构造方法，包括二次型李雅普诺夫函数、广义二次型函数以及寻找李雅普诺夫函数的一般性准则。同时，也将分析其在证明渐近稳定性、指数稳定性以及有限时间稳定性等方面的应用。 相平面分析：对于二阶自治非线性系统，相平面分析提供了一种直观理解系统动态行为的方法。本节将介绍如何绘制相轨迹，识别奇点（平衡点）的类型（节点、鞍点、焦点、中心），以及分析系统的全局行为，包括极限环的存在性。 数值仿真验证：理论分析的有效性离不开数值仿真的验证。我们将结合实例，演示如何利用数值仿真工具对模型的稳定性进行验证，并分析外部扰动对系统稳定性的影响。 章节三：系统结构与耦合性分析 耦合动力学：许多实际系统并非孤立存在，而是由多个子系统通过各种物理或信号通道相互耦合而成。本章将探讨不同类型的耦合方式（如强耦合、弱耦合、线性耦合、非线性耦合），并分析耦合对系统整体动力学特性的影响，例如耦合可能导致的涌现行为、同步现象以及稳定性退化等。 多体动力学：对于由多个相互作用的刚体或柔体组成的复杂系统，如机器人、航天器等，多体动力学提供了系统的数学描述。我们将介绍如何应用牛顿-欧拉法、拉格朗日方程等方法来建立多体系统的动力学模型，并分析其内在的耦合关系。 系统解耦策略：在某些情况下，为了简化控制设计或提高控制性能，可能需要对耦合的系统进行解耦。本章将初步探讨基于模型变换或控制策略的设计，以降低子系统之间的耦合影响。 第二部分：先进控制策略的设计与实现 在充分理解了系统的动力学特性后，本部分将聚焦于设计与实现能够有效控制这些复杂系统的先进控制算法。我们将介绍多种超越传统PID控制的方法，并重点阐述其理论基础、设计流程以及工程实现的关键考量。 章节四：基于模型预测控制（MPC）的先进控制 MPC原理与算法：我们将详细介绍模型预测控制的基本原理，包括其滚动优化思想、预测模型的使用、代价函数的设计以及控制律的生成过程。重点将放在如何针对非线性系统设计预测模型，以及如何构建能够处理约束条件（输入约束、状态约束）的优化问题。 非线性MPC (NMPC) 的实现：NMPC是应对非线性系统问题的有力工具。本节将深入探讨NMPC的算法实现细节，包括数值优化方法的选择（如序列二次规划SQP、内点法等），以及如何提高NMPC的实时性，如降阶模型的使用、高效的优化求解器等。 MPC在典型工程问题中的应用：通过具体的案例分析，如化工过程控制、机器人轨迹跟踪、能源系统优化等，展示NMPC在提升系统性能、优化资源利用以及处理多变量耦合方面所展现出的强大能力。 章节五：自适应与鲁棒控制技术 自适应控制：当系统参数未知或随时间变化时，自适应控制能够实时调整控制器参数以适应系统变化。本章将介绍多种自适应控制策略，包括基于模型参考自适应控制（MRAC）的原理，以及递推最小二乘法（RLS）等参数估计方法。同时，也将探讨如何设计具有良好收敛性和鲁棒性的自适应律。 滑模变结构控制（SMC）：SMC是一种对参数变化和外部扰动具有强鲁棒性的控制方法。我们将深入讲解滑模面的设计准则，如何选择滑动模态，以及如何克服抖振现象。本节还将介绍高阶滑模控制以及符号函数以外的滑模控制技术，以提高系统的平滑性和性能。 鲁棒控制设计：当系统中存在不确定性时，鲁棒控制旨在保证系统在最坏情况下的性能。本章将介绍H-infinity控制、μ-综合控制等经典鲁棒控制方法，并探讨如何针对非线性系统进行鲁棒控制设计，例如基于区域鲁棒性的方法。 章节六：智能控制方法及其融合 模糊逻辑控制：利用模糊逻辑将人类的经验和语言描述转化为控制规则，实现对复杂或难以精确建模的系统的控制。本节将介绍模糊化、模糊推理以及去模糊化等过程，并探讨如何设计模糊控制器以解决非线性系统控制问题。 神经网络与深度学习在控制中的应用：神经网络能够通过学习逼近任意复杂的非线性函数，为控制器设计提供新的途径。我们将介绍前馈神经网络、循环神经网络以及深度强化学习在系统辨识、模型预测和控制器设计中的应用。重点将放在如何将学习到的模型或控制策略转化为可执行的控制律。 智能控制方法的融合：认识到单一智能控制方法可能存在的局限性，本章将探讨如何将模糊逻辑、神经网络以及传统的控制理论相结合，形成混合智能控制系统，以发挥各自的优势，实现更优的控制性能。例如，将神经网络用于系统辨识，再将辨识结果输入模糊控制器；或将MPC与强化学习相结合，实现更具适应性的预测控制。 第三部分：工程应用与案例研究 理论的最终价值体现在实际应用中。本部分将通过一系列精心挑选的工程案例，展示本书所介绍的先进控制理论与方法在解决实际工程问题中的具体应用。 章节七：机器人与自动化系统控制 机械臂的精确轨迹跟踪：针对具有多关节耦合和非线性动力学的机械臂，介绍如何利用MPC或SMC实现高精度轨迹跟踪，并分析不同控制策略在动力学不确定性下的性能表现。 自主移动机器人导航：探讨如何结合传感器融合、路径规划以及鲁棒控制策略，实现移动机器人在复杂未知环境中的自主导航与避障。 工业自动化中的协同控制：分析多机器人协同作业的挑战，并介绍如何利用先进控制技术实现任务分配、协调运动以及避免碰撞。 章节八：航空航天与交通运输系统控制 飞行器姿态与轨迹控制：针对具有复杂气动特性的飞行器，如无人机、导弹等，介绍如何应用非线性控制方法保证飞行稳定性和精确的轨迹跟踪。 航天器轨道保持与机动：探讨如何针对轨道动力学的非线性特点，设计高效的轨道保持与变轨控制策略。 智能交通系统中的交通流优化：研究如何利用MPC或智能交通信号控制算法，优化交通流量，减少拥堵，提升道路通行效率。 章节九：能源与环境系统控制 可再生能源发电系统的集成与优化：分析风电、光伏等不稳定能源接入电网的挑战，介绍如何利用MPC等方法实现电网的稳定运行和能源调度优化。 化工过程的先进控制：以精馏塔、反应器等典型化工过程为例，展示如何应用NMPC实现产品质量的精确控制、能源消耗的最小化以及过程的安全运行。 环境监测与治理系统的智能控制：探讨如何利用智能控制技术，实现对污染源的监测、预测以及污染物的有效治理。 结论 《先进控制策略：系统动力学与工程实现》旨在为读者提供一个全面而深入的理论框架，以及一系列切实可行的工程解决方案。本书不仅强调了理论的严谨性，更注重其实际应用的可行性。通过对系统动力学本质的深刻理解，结合先进的控制算法设计，以及大量的工程案例分析，本书期望能够帮助读者驾驭复杂动态系统，在各自的工程领域取得突破性的进展。掌握这些先进的控制理论与方法，将是应对未来工程挑战、推动技术进步的关键。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的总体感受是，它不仅仅是一本知识的载体，更像是一份沉甸甸的学术责任感的体现。它要求读者付出专注和时间，绝不是可以边喝咖啡边轻松翻阅的读物，但只要你投入了精力，它给予的回报是极其丰厚的。我特别关注了书中对某一类鲁棒性分析方法的深入剖析，作者在对比现有多种方法的优劣时，所展现出的那种客观、审慎的态度，让人肃然起敬。它没有一味地推崇某一种“新潮”的方法，而是基于严格的数学基础和仿真结果来评价每种方法的适用边界。这种严谨治学的态度，是当下很多追求速度的学术成果中所罕见的，也是我最推崇和欣赏的。

评分☆☆☆☆☆

从一个资深研究人员的角度来看，这本书的参考价值体现在其极高的引用质量和信息的时效性上。我翻阅了它在引言和结论部分列出的参考文献列表，可以清晰地看到作者对近年来国际顶级期刊的跟踪程度。更令人赞叹的是，它并非简单地堆砌他人的成果，而是巧妙地将这些前沿进展融入到自身的理论体系中，形成了一个既博采众家之长又独具特色的研究视角。尤其是在讨论未来发展方向的部分，作者提出的几个大胆假设和实验展望，为我们后续的研究工作指明了几个非常值得深入探索的“无人区”。这本书无疑是站在了该领域当前研究制高点上的一个标志性成果。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这类前沿的学术专著，我最怕的就是晦涩难懂，读起来像是在啃石头。然而，这本书在处理那些高度专业化的术语时，展现出了一种难得的老派风范——扎实，却不失温度。它没有为了炫耀知识的深度而刻意使用那些故作高深的晦涩表达，相反，作者似乎总是在努力寻找最精确也最易于理解的表达方式来阐述复杂的数学原理。我注意到，很多关键定理的推导过程中，作者都加入了“思考路径”的注解，这些注解非常精妙，它们揭示了研究者在得出结论前的“心路历程”，让读者在跟随推导的同时，也能学习到科学研究的基本范式和思维习惯，这比单纯记住公式本身要宝贵得多。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我留下了深刻的印象，那种深邃的蓝色调，配上银灰色的字体，立刻就能感受到一种严谨而又充满探索精神的氛围。光是盯着封面看，就仿佛能闻到纸张上油墨的味道，让人迫不及待地想翻开去看看里面究竟蕴含着怎样的知识宝藏。我特别喜欢它在排版上的用心，字体的选择既保证了阅读的舒适度，又不失专业感，尤其是那些复杂的公式和图表，处理得清晰明了，这对于我们这些需要反复推敲细节的读者来说，简直是福音。拿到书的那一刻，那种沉甸甸的质感，也让我觉得这是一本值得珍藏的案头必备工具书，而不是那种轻易翻阅就会束之高阁的快消品。它不仅仅是一本书，更像是一个经过精心打磨的艺术品，体现了出版方对学术质量的尊重。

评分☆☆☆☆☆

我最近在研究一个关于复杂系统稳定性的新课题，手头的资料总觉得有些零散，缺乏一个系统的、贯穿始终的理论框架来指导我的推导过程。这本书的章节结构安排得非常有逻辑性，从基础的数学建模入手，逐步深入到高阶的动态分析，层层递进，仿佛有一位经验丰富的大师在旁边耐心地引导。我特别欣赏作者在引入新概念时所使用的类比和实例，它们往往能瞬间打通我思维中的壁垒。比如，书中对于某一特定控制律的论述，不仅仅给出了严格的数学证明，还结合了实际工程中的一个小型案例进行了仿真演示，这种理论与实践的紧密结合，极大地增强了我对抽象概念的理解深度。这让我觉得，这本书的编写者不仅是理论家，更是深刻理解实际工程需求的实践者。