动态系统的反馈控制（原书第7版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 吉恩 F.富兰克林（Gene F.Franklin） 著，刘建昌 译

图书标签:

• 控制理论
• 反馈控制
• 动态系统
• 自动控制
• 系统工程
• 控制系统
• 数学模型
• 工程控制
• 第七版
• 经典教材

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111538752

版次：1

商品编码：11945583

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 工业控制与智能制造丛书

开本：16开

出版时间：2016-07-01

用纸：胶版纸

页数：502

内容简介

本书共分为10章，利用根轨迹、频率响应和状态变量方程等三种方法，将控制系统的分析和设计结合起来。第1章通过实例综述了反馈的基本思想和一些关键的设计问题。第2~4章是本书的基础，主要介绍了动态系统的建模、控制领域中常用的动态响应，以及反馈控制的基本特征及优越性。第5~7章为本书的核心，分别介绍了基于根轨迹，频率响应和状态变量反馈的设计方法。在此基础上，第8章通过描述数字控制系统基本结构，介绍了应用数字计算机实现反馈控制系统设计所需的工具。第9章介绍非线性系统，描述函数的频率响应、相平面、李雅普诺夫稳定性理论以及圆稳定性判据。第10章将三种基本设计方法相结合，给出了通用的控制系统设计方法，并将该方法应用到几种复杂的实际系统中。

目录

出版者的话
译者序
前言
第1章反馈控制的概述与简史1
1.1一个简单的反馈系统2
1.2反馈控制的初步分析4
1.3反馈系统的基本问题6
1.4简史7
1.5本书概述10
小结11
复习题12
习题12
第2章动态模型14
2.1机械系统动力学14
2.2电路模型26
2.3机电系统模型29
2.4热流体和热流量模型33
2.5历史展望39
小结41
复习题41
习题41
第3章动态响应47
3.1拉普拉斯变换回顾47
3.2系统模型框图68
3.3极点位置的作用71
3.4时域指标76
3.5零点和附加极点的作用79
3.6稳定性84
3.7从实验数据中获取模型：系统辨识90
3.8幅值和时间尺度90
3.9历史展望90
小结91
复习题91
习题91
第4章反馈系统初步分析102
4.1控制的基本方程102
4.2多项式输入的稳态误差控制：系统类型107
4.3三项控制器：PID控制112
4.4被控对象模型逆的前馈控制121
4.5数字控制介绍122
4.6时域响应对参数变化的灵敏度122
4.7历史展望123
小结124
复习题124
习题124
第5章根轨迹设计方法133
5.1基本反馈控制系统的根轨迹133
5.2确定根轨迹的规则136
5.3根轨迹示例142
5.4动态补偿设计149
5.5应用根轨迹设计示例155
5.6根轨迹法的扩展159
5.7历史展望162
小结164
复习题164
习题164
第6章频率响应设计法173
6.1频率响应173
6.2中性稳定187
6.3奈奎斯特稳定判据188
6.4稳定裕度197
6.5伯德图的幅相关系201
6.6闭环频率响应204
6.7补偿205
6.8时滞225
6.9频率特性的其他图示方法226
6.10历史展望229
小结230
复习题231
习题231
第7章状态空间设计243
7.1状态空间的优点243
7.2系统状态空间描述244
7.3框图与状态空间249
7.4状态方程的分析250
7.5全状态反馈控制律设计263
7.6为良好设计选取极点位置272
7.7估计器设计278
7.8补偿器设计：复合控制律与估计器287
7.9估计器中引入参考输入294
7.10积分控制与鲁棒跟踪301
7.11回路传递恢复315
7.12有理传递函数的直接设计319
7.13具有纯滞后的系统设计321
7.14状态方程的解324
7.15历史展望324
小结325
复习题327
习题327
第8章数字控制339
8.1数字化339
8.2离散系统的动态分析341
8.3通过离散化等效进行设计346
8.4硬件特性353
8.5采样速率的选择356
8.6离散化设计357
8.7状态空间设计法362
8.8历史展望362
小结362
复习题363
习题363
第9章非线性系统366
9.1引言与动机：为什么研究非线性系统366
9.2线性化分析368
9.3使用根轨迹进行等价增益分析372
9.4使用频率响应进行等价增益分析：描述函数法378
9.5基于稳定性的分析和设计385
9.6历史回顾397
小结398
复习题398
习题398
第10章控制系统设计：原理与案例研究404
10.1控制系统设计概要405
10.2卫星姿态控制设计408
10.3波音747的横向和纵向控制418
10.4汽车发动机的空燃比控制428
10.5硬盘读/写磁头组件控制433
10.6半导体晶片生产中快速热处理系统的控制438
10.7大肠杆菌的趋药性以及如何远离困境448
10.8历史展望453
小结455
复习题456
习题456
附录A拉普拉斯变换463
附录B复习题参考答案473
附录CMatlab命令479
索引484

前言/序言

《现代控制理论导论：理论与应用》 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代控制理论基础。全书共分十八章，内容涵盖了从基础的系统建模到先进的鲁棒控制和自适应控制技术，力求使读者在掌握核心理论的同时，也能理解其在工程实践中的应用。 第一部分：系统建模与分析 第一章：线性时不变系统的基础： 本章将从线性时不变（LTI）系统的定义出发，介绍其基本性质，包括因果性、稳定性、线性叠加原理和时不变性。我们将讨论描述LTI系统的微分方程和传递函数方法，并引入状态空间描述作为一种更通用的建模工具。 第二章：状态空间分析： 深入探讨状态空间表示法，包括状态方程和输出方程的推导与解释。本章将重点介绍系统模态、能控性和能观性等关键概念，并阐述它们对于系统设计的重要性。 第三章：稳定性分析： 稳定性是控制系统设计中最 fundamental 的要求。本章将介绍不同形式的稳定性，包括李雅普诺夫稳定性、渐近稳定性以及外部输入下的有界稳定性。我们将详细讲解李雅普诺夫第二方法，并演示如何利用它来判断系统的稳定性。 第四章：线性系统的频率响应分析： 频率响应是理解系统对不同频率信号响应的重要工具。本章将介绍频率响应的概念，包括幅频特性和相频特性。我们将讲解奈奎斯特判据和波特图，并阐述它们在分析系统稳定性和性能方面的应用。 第五章：线性系统的根轨迹分析： 根轨迹是研究反馈增益变化对系统极点位置影响的图形化方法。本章将详细讲解根轨迹的绘制规则，并说明如何利用根轨迹来调整系统性能，例如改善瞬态响应和稳定裕度。 第二部分：控制器设计 第六章：PID 控制器设计： PID（比例-积分-微分）控制器是工程中最常用的控制器类型。本章将详细介绍PID控制器的原理、结构及其参数整定方法，包括齐格勒-尼科尔斯法等经典方法，并讨论其在实际工程中的优点与局限性。 第七章：反馈线性化与非线性系统控制： 针对复杂的非线性系统，本章将介绍反馈线性化的概念，以及如何通过反馈变换将非线性系统转化为等价的线性系统，从而应用线性控制技术。 第八章：模型预测控制（MPC）： MPC 是一种先进的控制策略，它利用系统的未来模型来优化控制输入。本章将介绍 MPC 的基本原理，包括滚动优化和约束处理，并讨论其在处理多变量系统和约束条件方面的优势。 第九章：鲁棒控制基础： 实际系统中模型参数往往存在不确定性。本章将介绍鲁棒控制的基本思想，包括不确定性建模和鲁棒稳定性概念，为读者理解后续的先进鲁棒控制技术打下基础。 第十章：H-无穷控制： H-无穷控制是一种强大的鲁棒控制技术，旨在最小化系统对外部扰动的敏感性。本章将介绍 H-无穷范数、奇异值分解等概念，并讲解 H-无穷控制器设计的基本框架。 第十一章：滑模控制： 滑模控制是一种非线性控制方法，它通过设计一个滑模函数来强制系统轨迹进入预设的滑模表面，从而获得对参数变化和外部扰动的强鲁棒性。本章将介绍滑模控制的基本原理和设计方法。 第十二章：自适应控制： 当系统参数随时间变化或未知时，自适应控制能够根据系统行为实时调整控制器参数。本章将介绍自适应控制的基本概念，包括参数估计方法和自适应律的设计。 第三部分：现代控制理论应用与进阶 第十三章：数字控制系统基础： 随着计算机技术的发展，数字控制器在现代控制工程中扮演着越来越重要的角色。本章将介绍数字控制系统的基本概念，包括采样定理、零阶保持器以及离散时间系统的分析与设计。 第十四章：状态观测器设计： 在许多实际应用中，系统的状态变量可能无法直接测量。本章将介绍状态观测器的概念，并讲解李雅普诺夫观测器和卡尔曼滤波器的设计方法，用于估计系统的状态。 第十五章：多输入多输出（MIMO）系统控制： 许多实际系统都具有多个输入和多个输出。本章将介绍 MIMO 系统的特性，并讨论其控制方法的挑战，包括传递函数矩阵和状态空间方法的应用。 第十六章：最优控制理论： 最优控制旨在找到使某个性能指标达到最优的控制策略。本章将介绍变分法和庞特里亚金极小值原理，并讲解线性二次型调节器（LQR）的设计。 第十七章：模糊逻辑控制： 模糊逻辑控制是一种基于模糊集合论的控制方法，它能够处理不精确或模糊的信息。本章将介绍模糊集合、模糊规则和模糊推理，并展示模糊逻辑控制器在实际系统中的应用。 第十八章：神经网络在控制中的应用： 神经网络以其强大的学习和逼近能力，在控制领域展现出巨大的潜力。本章将介绍不同类型的神经网络，并探讨它们在系统辨识、控制器设计和故障诊断等方面的应用。 本书理论严谨，例题丰富，并辅以 MATLAB 等仿真工具的应用指导，旨在帮助读者深入理解现代控制理论的精髓，并将其灵活应用于解决实际工程问题。

评分☆☆☆☆☆

让我印象深刻的是，这本书并没有仅仅停留在理论层面，而是花了很多篇幅来介绍现代控制理论的发展，尤其是状态观测器和最优控制。在处理高阶系统或者传感器信息不全的情况下，状态观测器的设计就显得尤为重要。书中对卡尔曼滤波器（Kalman Filter）的讲解，堪称经典。它不仅详细阐述了卡尔曼滤波器的数学原理，还通过具体的例子说明了它在状态估计中的强大能力。理解了卡尔曼滤波器，对于处理现实世界中各种不确定性和噪声下的状态估计问题，有了质的飞跃。 关于最优控制的部分，这本书也给我打开了新的视野。它引入了最优控制的基本概念，如性能指标、控制律以及极小值原理等。虽然这些内容在工程实践中可能需要更高级的数学工具来解决，但通过这本书的介绍，我至少能够理解最优控制的设计思想，以及它如何能够为系统找到“最好”的控制策略。特别是关于LQR（线性二次型调节器）的讲解，它提供了一种系统化设计最优控制器的框架，这对于我理解一些高级控制算法的思想非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

令我欣喜的是，这本书在讲解机器人和机电一体化系统的控制方面，也提供了非常深入的见解。这些系统通常集成了机械、电子和计算等多个学科的知识，其动态特性也更为复杂。书中对多自由度机械臂的运动学和动力学建模，以及基于这些模型的轨迹跟踪和力控制，都进行了详细的阐述。 我尤其对书中关于机器人动力学参数辨识和不确定性建模的讨论，印象深刻。这部分内容为我理解如何设计能够适应复杂环境的机器人控制系统，提供了宝贵的指导。同时，书中对一些先进的机器人控制策略，如阻抗控制和操作空间控制的介绍，也让我对如何实现更高级的机器人功能有了更深的认识。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一位希望将理论知识转化为实际工程能力的人来说，这本书在模型降阶（Model Reduction）方面的讲解，是非常有价值的。很多实际的动态系统，往往拥有非常高的阶数，这给分析和控制器设计带来了巨大的挑战。这本书系统地介绍了多种模型降阶的方法，比如模态截断、平衡实现等。 我特别欣赏书中对于如何保留系统主要动态特性的解释，以及各种降阶方法的适用条件。它不仅仅是简单地丢弃一些模型参数，而是有理论依据地保留那些对系统整体行为影响最大的部分。这让我在面对复杂高阶系统时，能够有效地将其简化，从而更方便地进行分析和设计，从而缩短了研发周期，并提高了控制器设计的效率。

评分☆☆☆☆☆

这本书对分布式参数系统（Distributed Parameter Systems）的引入，可以说是拓展了我对动态系统的理解边界。通常我们所接触的系统都是集中参数系统，即系统的状态可以用有限数量的变量来描述。然而，很多物理现象，如热传导、流体动力学等，其状态是分布在空间中的。 书中介绍了如何用偏微分方程来描述这些系统，以及如何应用一些特殊的控制方法来处理这些无穷维系统。虽然在我的日常工作中，直接处理分布式参数系统的机会不多，但理解这些概念，让我能够更好地理解那些更宏观、更复杂的物理现象，也为我未来可能接触到的更前沿的控制问题，打下了基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容确实非常丰富，对于我这样一个在控制领域摸索多年的工程师来说，感觉像是打开了一扇新世界的大门。我当初选择这本书，就是因为“动态系统”这个标题深深吸引了我，我一直觉得理解动态系统的本质是解决实际工程问题，尤其是在航空航天、机器人和汽车等领域，系统在不断地变化，如何有效地驾驭这种变化，让系统按照我们的意愿稳定运行，这是一个核心的挑战。而“反馈控制”更是其中的精髓，这本书无疑是系统性地梳理了这一脉络。 我特别喜欢书中对线性系统理论的深入探讨，从传递函数、状态空间表示到稳定性分析，每一个概念都讲解得条理清晰，而且配有大量精心设计的例题，这些例题不仅仅是数学上的推导，更多的是结合了实际的物理系统，比如弹簧-质量-阻尼系统，伺服电机等，让我能够直观地理解抽象的数学模型是如何与现实世界联系起来的。书中在讲解根轨迹、频率响应和奈奎斯特图时，那种循序渐进的引导方式，让我这个曾经对这些概念感到头疼的读者，也逐渐掌握了分析和设计线性控制器的方法。特别是关于鲁棒性分析的部分，对于理解在模型不确定性下控制器的性能，非常有启发。

评分☆☆☆☆☆

本书的附录部分，也为读者提供了额外的增值。其中关于MATLAB/Simulink在控制系统设计中的应用介绍，对我来说简直是雪中送炭。我一直希望能够更好地利用这些强大的工程工具来验证我的理论设计，并加速原型开发。书中提供的具体代码示例和操作指南，让我能够快速上手，并将书中的理论知识应用到实际的仿真和实验中。 此外，书中对一些重要的控制理论和数学工具的简要回顾，比如傅里叶变换、拉普拉斯变换等，也起到了很好的辅助作用。对于那些可能长时间没有接触过这些数学工具的读者来说，这些回顾能够帮助他们迅速回忆起关键的概念和性质，从而更顺利地阅读后续章节。总而言之，这本书的设计考虑到了读者可能遇到的各种情况，提供了非常全面和实用的学习资源。

评分☆☆☆☆☆

这本书在数字控制方面的讲解，可以说是非常及时和实用的。毕竟，在现代工程实践中，数字控制器已经占据了主导地位。我特别赞赏书中对于采样、量化以及数字控制器设计方法的论述。从连续时间系统到离散时间系统的转换，从零阶保持器对信号的影响，到Z变换在分析离散时间系统中的应用，每一个环节都讲解得非常透彻。书中关于数字PID控制器的设计和调整，以及如何考虑采样时间和量化误差对控制性能的影响，都为我提供了非常宝贵的实践指导。 我还对书中介绍的各种数字滤波器，如低通滤波器、高通滤波器以及陷波滤波器等，在实际控制系统中的应用有了更深的理解。这些滤波器不仅仅是信号处理的工具，它们在去除测量噪声、抑制干扰等方面，对于提高控制系统的鲁棒性和性能起到了关键作用。书中通过一些具体的例子，展示了如何根据系统的特性和噪声的特点来选择和设计合适的滤波器，这对于我优化实际控制系统的性能非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

我一直对非线性控制这部分内容抱有浓厚的兴趣，因为现实世界中的很多系统，例如航空器在高速飞行时的气动特性，或者机器人手臂在高速运动时产生的惯性力，都无法用简单的线性模型来精确描述。这本书在非线性控制的章节，给我带来了前所未有的清晰认识。它从相平面分析、李雅普诺夫稳定性理论，到一些经典的设计方法，如反馈线性化、滑模控制等，都进行了非常详尽的阐述。我尤其欣赏书中对于李雅普诺夫第二方法（直接法）的讲解，它提供了一种不依赖于求解微分方程就能判断系统稳定性的强大工具，这对于分析复杂非线性系统至关重要。 书中对于混沌和分岔的研究，也让我大开眼界。虽然在我的日常工程工作中接触到的不多，但理解这些现象背后的原理，能够帮助我更好地认识和避免某些不可控的动态行为。作者在讲解这些内容时，并没有止步于理论，而是通过一些引人入胜的例子，比如著名的洛伦兹吸引子，让我们体会到即使是确定性系统，也可能表现出看似随机的复杂行为。这让我对“控制”的边界有了更深的思考，有时，我们要做的是引导系统进入稳定的状态，有时，则是要理解并规避那些可能导致失控的复杂动态。

评分☆☆☆☆☆

这本书在讲述自适应控制（Adaptive Control）方面，可谓是内容详实，概念清晰。在现实的工程应用中，很多系统的参数会随着时间而变化，或者我们对系统的模型了解不够精确。在这种情况下，自适应控制就显得尤为重要。我非常喜欢书中对各种自适应控制算法的介绍，从最简单的梯度下降法，到更复杂的模型参考自适应控制（MRAC）和自校正调节器（STR）。 书中关于如何设计能够在线调整控制器参数的算法，让控制器能够“学习”并适应系统变化的过程，讲解得非常细致。这不仅仅是理论上的探讨，还涉及到了如何保证自适应控制系统的稳定性和收敛性。理解了这些内容，让我对如何构建能够应对不确定性和时变环境的智能控制系统，有了更深层次的认识。

评分☆☆☆☆☆

在学习过程中，我发现这本书在讲解系统辨识（System Identification）方面，也做得非常出色。在很多情况下，我们无法直接获得系统的精确数学模型，这时候就需要通过实验数据来辨识系统的模型。书中详细介绍了各种模型结构的选择，以及基于数据估计模型参数的方法，比如最小二乘法、最大似然法等。 它还深入探讨了如何利用辨识出的模型来设计控制器，并对辨识精度对控制器性能的影响进行了分析。这让我明白，系统辨识不仅仅是一个估计模型参数的过程，更是一个为了最终的控制目标服务的关键步骤。理解了这一点，对于我在实际工程中，如何有效地获取和利用系统模型，有了更清晰的思路。

评分☆☆☆☆☆

那系统的反馈又说价格太贵了，希望好用吧

评分☆☆☆☆☆

还可以，没有出现问题，京东自营的比较放心。

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上午下单下午就到，技术书籍很专业！

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抢券买的，价格相对比较便宜了，是正版的，内容得慢慢消化了！

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值，超级值，京东就是牛逼

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纸张好，内容详实，专家推荐！

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非常不错的一本书，值得一看。