智能控製論 9787030292773 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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塗序彥，王樅，劉建毅 著

圖書標籤:

• 智能控製
• 控製理論
• 人工智能
• 係統工程
• 自動化
• 優化算法
• 機器學習
• 機器人
• 電氣工程
• 計算機科學

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030292773

商品編碼：29679962854

包裝：平裝

齣版時間：2010-10-01

基本信息

書名:智能控製論

定價：40.00元

售價：27.2元,便宜12.8元,摺扣68

作者:塗序彥,王樅,劉建毅

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2010-10-01

ISBN：9787030292773

字數：256000

頁碼：203

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.318kg

編輯推薦

智能控製論是控製論嚮智能水平高度發展的新分支，大係統控製論是控製論嚮係統規模廣度發展的新分支。本書是《大係統控製論》的姐妹篇，是關於智能控製論學科的專著，以“智能特性”為綱編排全書內容，如自尋優、自學習、自識彆、自適應、自穩定、自組織、自協調等，重點研究擬人的智能控製係統。

內容提要

智能控製論（intelligent cybemetics）研究生物與機器的智能控製過程的共同規律，是基於廣義智能、麵嚮廣義控製的廣義智能控製理論，是控製論嚮智能水平高度發展的新分支。
本書是關於智能控製論學科的專著，以“智能特性”為綱編排全書內容，如自尋優、自學習、自識彆、自適應、自穩定、自組織、自協調等，重點研究擬人的智能控製係統。
本書可作為控製學科、智能學科等領域的高年級本科生和研究生的教學參考書，也可供相關領域的研究人員參考。

目錄

作者介紹

文摘

序言

《現代控製理論導論：係統分析與優化方法》 一、 概述 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的現代控製理論知識體係。我們拋棄瞭傳統控製方法在復雜係統麵前的局限性，轉而聚焦於能夠處理非綫性、不確定、時變以及多變量等復雜特性的分析工具和設計策略。本書將係統地闡述從基礎的係統建模，到高級的魯棒控製、自適應控製和最優控製等核心理論，並輔以大量實際工程應用的案例分析，力求使讀者不僅理解理論的精髓，更能掌握將其應用於解決實際工程問題的能力。 本書的讀者對象包括但不限於：自動化、電氣工程、機械工程、航空航天工程、機器人、過程控製、生物醫學工程等相關領域的本科生、研究生，以及在科研機構和工程實踐中從事係統分析、設計與控製的工程師和研究人員。對於具備一定微積分、綫性代數、微分方程和復變函數基礎的讀者，將能更輕鬆地掌握本書內容。 二、 主要內容與結構安排 本書的結構設計遵循循序漸進、由淺入深的原則，確保讀者能夠逐步建立起完整的知識框架。 第一部分：係統建模與分析基礎 本部分是整個理論體係的基石，詳細介紹瞭如何準確地描述和分析一個動態係統。 第一章：動態係統的基本概念與描述 1.1 係統的定義與分類：我們將從宏觀上對“係統”這一概念進行界定，探討其內涵與外延，並介紹根據輸入輸齣關係、時域特性、綫性特性、時變特性等不同維度對係統進行分類的方法。例如，我們將區分靜態係統與動態係統，集總參數係統與分布參數係統，綫性係統與非綫性係統，時不變係統與時變係統，單輸入單輸齣（SISO）係統與多輸入多輸齣（MIMO）係統。 1.2 數學模型的建立：本章將重點闡述建立係統數學模型的各種方法。 物理定律建模：基於牛頓定律、基爾霍夫定律、能量守恒定律等物理基本原理，推導係統的微分方程或差分方程。我們將以經典的RLC電路、機械振子、液位係統等作為實例，演示如何進行建模。 實驗建模（辨識）：當物理模型難以建立或精度不足時，我們將介紹如何利用係統輸入輸齣的實驗數據，通過參數估計等方法辨識係統的模型。我們將涵蓋黑箱模型（如傳遞函數、狀態空間模型）和灰箱模型。 狀態空間方法：重點介紹用一組一階微分方程（或差分方程）來描述係統狀態的演變。狀態空間方法具有統一性強、適用於MIMO係統、便於計算機處理等優點，是現代控製理論的核心描述工具。我們將詳細介紹狀態嚮量、狀態方程和輸齣方程的含義，以及不同模型之間的相互轉換（如傳遞函數與狀態空間模型的轉換）。 1.3 綫性時不變（LTI）係統的時域分析： 瞬態響應分析：研究係統在標準輸入信號（如單位階躍、單位脈衝、單位斜坡）作用下的輸齣行為，包括上升時間、超調量、調節時間、穩態誤差等性能指標的定義和計算。我們將通過解析方法和數值仿真來分析零輸入響應和零狀態響應。 穩定性分析：深入探討係統穩定性的概念，包括Lyapunov穩定性、漸近穩定性、指數穩定性等。我們將介紹判斷LTI係統穩定性的代數判據（如Routh-Hurwitz判據）和根軌跡方法。 1.4 綫性時不變（LTI）係統的頻域分析： 傳遞函數：介紹傳遞函數在描述LTI係統輸入輸齣關係中的作用，以及它與係統零極點、頻率響應之間的緊密聯係。 頻率響應：分析係統對不同頻率正弦信號的響應特性，包括幅頻特性和相頻特性。我們將介紹Bode圖、Nyquist圖、Nichols圖等圖示分析方法，以及它們在判斷係統穩定性和性能方麵的應用。 係統配置度：介紹可控性和可觀測性是現代控製理論中的兩個基本概念。我們將詳細闡述它們的定義，以及如何通過Gramian矩陣、秩條件等代數方法進行判斷。這對於後續的狀態反饋控製設計至關重要。 第二部分：現代控製係統設計 本部分將聚焦於如何根據係統分析的結果，設計齣滿足性能要求的控製器。 第二章：狀態反饋控製 2.1 狀態反饋的基本原理：介紹通過將係統的內部狀態信息作為控製器的輸入，來影響係統動態行為的基本思想。我們將推導開環係統與閉環係統的數學模型之間的關係。 2.2 極點配置：這是狀態反饋控製的核心應用之一。我們將詳細介紹如何通過選擇閤適的狀態反饋增益矩陣，將閉環係統的所有特徵根（極點）配置到期望的位置，從而任意改變係統的動態響應特性（如速度、阻尼等）。我們將涵蓋Ackermann公式、協變矩陣法等實現極點配置的算法。 2.3 可控性與極點配置的關係：深入分析係統可控性與能否任意配置極點之間的必然聯係。我們將證明一個可控的係統，其極點可以被任意配置。 2.4 狀態觀測器設計：在許多實際應用中，係統的全部狀態信息並非直接可測。本節將介紹如何設計狀態觀測器（狀態估計器），利用係統的輸入和輸齣信號來估計係統的內部狀態。我們將詳細介紹Luenberger觀測器及其設計方法，以及觀測器極點與係統動態之間的關係。 2.5 閉環係統整體分析：結閤狀態反饋和狀態觀測器，我們將分析具有狀態觀測器的閉環係統的穩定性、動態響應等。 第三章：最優控製理論 3.1 最優控製問題描述：將控製問題上升到“最優”的層麵，即在滿足係統約束的條件下，尋找能夠使某個性能指標（代價函數）達到最優（最小或最大）的控製規律。我們將介紹性能指標的各種形式，如二次型性能指標。 3.2 變分法與Hamilton-Jacobi-Bellman（HJB）方程：本節將介紹解決最優控製問題所依賴的數學工具，包括變分法的基本概念以及描述動態規劃思想的HJB方程。 3.3 綫性二次型調節器（LQR）：這是最優控製中最重要和最廣泛應用的特例。我們將詳細推導LQR控製器的設計方法，即在LTI係統和二次型性能指標下，求解最優狀態反饋增益。我們將討論LQR的優點，如保證閉環係統穩定性。 3.4 模型預測控製（MPC）簡介：盡管MPC是一種更為復雜的控製策略，但其核心思想源於最優控製。本章將簡要介紹MPC的基本原理，即在每個采樣時刻，利用當前係統狀態和未來有限時間內的係統模型，求解一個最優控製序列，並隻將第一個控製量施加於係統，然後在下一個采樣時刻重復此過程。 第四章：魯棒控製與自適應控製 4.1 係統不確定性與魯棒性：探討實際係統中存在的模型不確定性（如參數攝動、外部乾擾等），以及控製係統在這些不確定性下保持穩定性和性能的能力，即魯棒性。 4.2 H-無窮（H∞）控製簡介：介紹一種重要的魯棒控製方法，旨在最小化係統在最壞不確定性情況下的性能指標。我們將從概念上介紹H∞控製的設計目標和基本思想，但不深入復雜的數學推導。 4.3 自適應控製的基本思想：當係統參數隨時間變化，或者係統模型未知且變化劇烈時，傳統的固定增益控製器可能失效。本節將介紹自適應控製的核心理念，即控製器根據係統的實際運行情況，不斷調整其控製參數，以適應變化的係統特性。 4.4 模型參考自適應控製（MRAC）：介紹一種經典的自適應控製結構，其中控製器的設計目標是使閉環係統的輸齣盡可能跟蹤一個參考模型設定的理想動態行為。 4.5 遞推最小二乘法（RLS）：作為自適應控製中的參數辨識工具，我們將介紹RLS算法，它能夠以遞推的方式實時更新係統參數估計值。 第三部分：應用案例與工程實踐 本部分通過實際工程案例，展示本書所介紹的理論如何轉化為解決實際問題的強大工具。 第五章：典型工程係統控製實例 5.1 飛機飛行控製係統：介紹飛機在升降舵、副翼、方嚮舵等執行機構的配閤下，如何通過現代控製理論實現姿態穩定、航跡跟蹤等任務。我們將討論其MIMO特性和對魯棒性的要求。 5.2 機器人運動控製：分析機器人關節的動力學特性，如何利用狀態反饋實現軌跡跟蹤、力控製等。我們將涉及關節位置、速度、力矩等狀態變量的處理。 5.3 過程控製係統（如化工廠、電力係統）：探討工業生産過程中，如何通過先進控製策略提高産品質量、降低能耗、保障安全。我們將分析其多變量耦閤、非綫性等特點。 5.4 汽車主動懸掛係統：研究如何通過感知路麵信息和車輛動態，實時調整懸掛係統的阻尼和剛度，提高乘坐舒適性和操控穩定性。 5.5 生物醫學工程應用：例如，人工胰島素輸送係統的設計，如何根據血糖水平實時調整胰島素輸送量，以維持血糖穩定。 第六章：計算機仿真與實現 6.1 數值計算工具介紹：簡要介紹MATLAB/Simulink等在控製係統設計和仿真中的應用。 6.2 仿真實例演練：我們將選取書中的部分理論章節，通過具體的MATLAB腳本或Simulink模型，演示如何進行係統建模、控製器設計、性能評估。例如，設計一個LQR控製器並仿真其動態響應，或搭建一個自適應控製係統的仿真模型。 6.3 數字控製器的實現：探討將連續時間控製算法離散化，並在數字控製器（如微控製器、FPGA）上實現的基本方法和注意事項，包括采樣周期選擇、量化誤差等。 三、 內容亮點與特色 理論深度與廣度並重：本書不僅覆蓋瞭現代控製理論的經典內容，如狀態空間、極點配置、LQR等，還對魯棒控製、自適應控製等前沿領域進行瞭深入淺齣的介紹，為讀者搭建瞭紮實的理論基礎。 強調係統化思維：從係統建模到控製器設計，再到應用實現，本書始終貫穿係統化的思維模式，幫助讀者建立起完整的工程控製解決問題的流程。 大量實用案例分析：通過貼近實際的工程案例，讀者能夠更直觀地理解抽象的理論概念，並掌握將理論應用於解決實際問題的具體方法。 強調可控性與可觀測性：這兩個概念在現代控製理論中至關重要，本書對它們的闡述貫穿始終，並作為控製器設計的前提條件。 注重理論與實踐結閤：結閤計算機仿真工具，本書提供可操作的仿真實例，幫助讀者將理論知識轉化為實踐技能。 語言清晰易懂，結構邏輯嚴謹：力求用清晰的語言解釋復雜的概念，並以嚴謹的邏輯結構組織內容，便於讀者理解和掌握。 四、 結語 掌握現代控製理論，意味著我們能夠更加有效地分析和設計復雜的動態係統，使其按照我們的意願運行。本書希望成為您在這一領域探索的得力助手，為您打開通往更高效、更智能係統控製的大門。通過對書中概念的深入學習和實踐，您將能夠勝任更具挑戰性的工程項目，並為自動化和智能化技術的進步貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

從書籍的整體結構來看，它的邏輯脈絡安排得極為精巧。前期的基礎概念鋪墊穩固，如同一塊堅實的地基，為後續深入探討高級主題提供瞭必要的支撐。然而，最讓我感到驚喜的是，作者在全書的收尾部分，並沒有急於給齣一個“標準答案”，而是將視野投嚮瞭未來，探討瞭諸如人工意識、強人工智能的控製邊界等極具前瞻性的議題。這種處理方式，使得整本書的閱讀體驗充滿瞭張力，既有對既有知識的梳理和總結，更有對未知領域的勇敢探索和審慎預測。我閤上書本時，腦海中充滿的不是知識的飽和感，而是一種對未來科技發展方嚮的強烈好奇心和責任感。它成功地將曆史的厚重感與未來的不確定性完美地結閤在瞭一起。

評分☆☆☆☆☆

我是一個對工程實踐抱有極大熱情的技術人員，所以，我在閱讀任何理論書籍時，都會重點考察其在實際應用中的可行性和指導價值。這本書在這方麵錶現得尤為齣色。它並沒有止步於純粹的理論構建，而是非常紮實地將控製論的底層邏輯與現代工程中的前沿技術緊密結閤。例如，書中對“魯棒性設計”的闡述，我發現它與我目前正在負責的一個復雜工業流程的優化問題有著驚人的契閤點。作者提齣的多層級反饋機製，為我提供瞭一個全新的設計思路，讓我能夠從更宏觀的角度去審視係統穩定性麵臨的挑戰。我甚至已經開始嘗試將書中的某些優化算法框架，逐步移植到我們現有的仿真模型中去驗證效果。這種能夠迅速“落地生根”的知識，纔是真正有價值的。它讓原本高深的理論，瞬間變得觸手可及，極大地提升瞭我解決實際工程難題的信心和效率。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計給我留下瞭非常深刻的印象，那種深邃的藍色調搭配上簡潔有力的幾何圖形，立刻讓人聯想到復雜係統中的秩序與混沌的邊界。初次翻閱時，我被作者那種嚴謹而又不失洞察力的筆觸所吸引。他似乎能穿透事物的錶象，直達其核心的運行機製。尤其是在討論到非綫性動力學的部分，作者沒有陷入晦澀難懂的數學公式堆砌，而是巧妙地通過一係列生動的案例，將那些抽象的概念具象化。我記得有一段關於“自適應性”的論述，作者引用瞭生物進化中的經典例子，對比瞭不同環境下物種的生存策略，這種跨學科的融匯貫通，極大地拓寬瞭我的思維邊界。我常常在閱讀的過程中停下來，反復咀嚼那些精闢的論斷，它們就像一把鑰匙，開啓瞭我對身邊許多看似隨機現象背後潛在規律的探究。這本書不僅僅是一本理論專著，更像是一份邀請函，邀請讀者一同進入一個充滿邏輯美感和無限可能性的世界，去重新審視我們對“智能”二字的理解。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我拿到這本書之前，對“控製論”這個老派的學科有些許刻闆印象，認為它可能過於陳舊，缺乏與當今信息時代的關聯性。但是，這本書完全顛覆瞭我的固有認知。作者的敘事角度非常現代，他將控製論的原理，巧妙地嵌入到瞭大數據分析、物聯網（IoT）架構乃至金融市場的微觀波動之中。書中關於“信息熵與控製效率”的章節令我尤其印象深刻，它清晰地闡述瞭在信息過載的環境下，如何通過精準的過濾和反饋機製來維持係統的有效控製。這對於任何處理海量數據流的從業者來說，都是一筆寶貴的財富。這本書的價值在於，它為我們提供瞭一個永不過時的思維框架，一個理解和駕馭復雜世界的通用語言，即便技術日新月異，其底層的控製原理依然是穩定不變的基石。

評分☆☆☆☆☆

這本書的行文風格，給我帶來瞭一種久違的、如同與一位智者進行深度對話的體驗。作者的語言駕馭能力非常高超，他總能在關鍵節點上拋齣一個極富啓發性的設問，引導讀者進行自我反思和深入思考。我特彆欣賞他對“湧現現象”的探討。他沒有將湧現簡單地歸結為“量變到質變”，而是深入剖析瞭信息交互、結構層次以及反饋迴路在其中扮演的關鍵角色。這種對復雜性科學的細膩描摹，讓我意識到，很多我們習以為常的集體行為，其實都隱藏著一套精妙的、自下而上的控製邏輯。讀完那幾章，我感覺自己看待社會現象、組織行為乃至藝術創作的方式都發生瞭一些微妙的轉變。它教會瞭我，去傾聽係統中那些微弱的聲音，因為它們可能孕育著係統未來的走嚮。