現(xiàn)代控制工程

內(nèi)容概要

　　《現(xiàn)代控制工程》以本科生為主要教學(xué)對象，從應(yīng)用角度介紹在工程中已經(jīng)廣泛應(yīng)用的一些現(xiàn)代控制方法，并盡可能結(jié)合應(yīng)用實例，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用新理論解決工程問題。　　《現(xiàn)代控制工程》由王萬良編著，共12章，1-7章為控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間方法以及最優(yōu)控制理論，包括狀態(tài)方程、李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)、動態(tài)性能分析、能控性和能觀性、狀態(tài)反饋控制與狀態(tài)觀測器設(shè)計以及線性二次型最優(yōu)控制方法，這部分內(nèi)容能夠滿足許多高?，F(xiàn)有“現(xiàn)代控制理論”課程的教學(xué)需要。8～12章介紹了在工程中已經(jīng)成功應(yīng)用的現(xiàn)代控制方法的基本內(nèi)容，分別是最小二乘系統(tǒng)辨識、不確定系統(tǒng)的自校正控制、預(yù)測控制、模糊控制和專家控制系統(tǒng)，這些內(nèi)容彼此相對獨立，可以任選其中部分內(nèi)容講授，仍可保持體系結(jié)構(gòu)的完整性?！　　冬F(xiàn)代控制工程》是作者編著的“2009年度普通高等教育精品教材”《自動控制原理》的姊妹教材，可作為自動化、電氣工程及其自動化、計算機、機械工程等本科專業(yè)現(xiàn)代控制理論、智能控制等課程教材，也可作為非控制專業(yè)研究生學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制工程課程的教材?！冬F(xiàn)代控制工程》配有電子教案、習(xí)題詳細解答等教學(xué)資源。

作者簡介

　　王萬良，男，1957年出生，江蘇高郵人。1982年1月江蘇大學(xué)工業(yè)自動化專業(yè)量畢業(yè)。2001年8月同濟大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)博士研究生畢業(yè)，獲工學(xué)博士學(xué)位。1997年晉升教授?，F(xiàn)任浙江工業(yè)大學(xué)教授、控制理論與控制工程專業(yè)尊士生導(dǎo)師、技術(shù)經(jīng)濟及管理專業(yè)博士生導(dǎo)師、計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長、軟件學(xué)院院長、控制理論與控制工程（浙江省高校重點學(xué)科）學(xué)科帶頭人、博士點負(fù)責(zé)人。兼任教育部高等學(xué)校電氣工程及其自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會委員、中國人工智能學(xué)會理事、智能系統(tǒng)工程專業(yè)委員會副主任、中國系統(tǒng)仿真學(xué)會理事、《系統(tǒng)仿真學(xué)報》編委、國家科技獎評審專家、浙江省重大科技專項咨詢專家等職。獲國務(wù)院“政府特殊津貼”?！　≡谧詣涌刂啤⑷斯ぶ悄芗捌鋺?yīng)用研究方面，主持完成國家自然科學(xué)基金、國家863計劃、省重大科技計劃等20多項，獲得省部級科技進步獎6項，發(fā)表100余篇學(xué)術(shù)論文，出版學(xué)術(shù)專著《生產(chǎn)調(diào)度智能算法及其應(yīng)用》、《網(wǎng)絡(luò)控制與調(diào)度方法及其應(yīng)用》?！　≡诮虒W(xué)方面，主持國家精品課程“自動控制原理”建設(shè)工作，為本科生、研究生講授“人工智能及其應(yīng)用”、“自動控制原理”等多門課程，教學(xué)效果優(yōu)秀，獲得“國家級教學(xué)名師”、“浙江省教學(xué)名師”、“浙江工業(yè)大學(xué)教學(xué)名師”、“十佳中青年講課教師”等稱號。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 現(xiàn)代控制工程的發(fā)展1.2 本書的內(nèi)容與安排第2章 狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型2.1 狀態(tài)與狀態(tài)空間的概念2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型2.2.1 建立狀態(tài)空間模型的方法2.2.2 由狀態(tài)空間模型求微分方程2.3 線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型與線性變換2.3.1 SISO（single Input Single Output）線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型2.3.2 MIMO （Multiple Input Multiple Output）線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型2.3.3 狀態(tài)方程的線性變換2.4 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)2.4.1 系統(tǒng)的實現(xiàn)問題2.4.2 不含有輸入導(dǎo)數(shù)項的微分方程的實現(xiàn)2.4.3 含有輸入導(dǎo)數(shù)項的微分方程的實現(xiàn)2.5 多變量系統(tǒng)的傳遞矩陣2.5.1 多變量系統(tǒng)傳遞矩陣的概念2.5.2 從狀態(tài)空間模型求傳遞矩陣2.5.3 多變量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖簡化2.6 控制系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間模型2.7 MATLAB在狀態(tài)空間模型建立中的應(yīng)用2.7.1 傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換到狀態(tài)空間模型2.7.2 狀態(tài)方程的線性變換2.7.3 狀態(tài)空間模型轉(zhuǎn)換到傳遞函數(shù)本章小結(jié)習(xí)題第3章 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析3.1 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性定義3.1.1 范數(shù)的概念3.1.2 平衡狀態(tài)3.1.3 李雅普諾夫穩(wěn)定性定義3.2 控制系統(tǒng)穩(wěn)定的條件3.2.1 單變量線性定常連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定條件3.2.2 多變量線性定常連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定條件3.2.3 單變量線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件3.2.4 多變量線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件3.3 李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)3.3.1 函數(shù)的正定性3.3.2 非線性系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)3.4 線性系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)3.4.1 線性連續(xù)系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)3.4.2 線性離散系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)*3.5 非線性系統(tǒng)的克拉索夫斯基穩(wěn)定判據(jù)*3.6 非線性系統(tǒng)的小偏差線性化方法3.6.1 小偏差線性化的基本思想3.6.2 小偏差線性化方法3.6.3 李雅普諾夫第一法3.7 MATLAB在系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用本章小結(jié)習(xí)題第4章 線性系統(tǒng)動態(tài)性能分析4.1 線性連續(xù)定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解4.1.1 齊次狀態(tài)方程的求解4.1.2 非齊次狀態(tài)方程的求解4.2 線性連續(xù)時變系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解4.2.1 齊次狀態(tài)方程的解4.2.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì)4.2.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計算4.2.4 非齊次狀態(tài)方程的解4.3 線性離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解4.3.1 齊次狀態(tài)方程的解4.3.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì)4.3.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計算……第5章 線性系統(tǒng)的能控性和能觀性分析第6章 狀態(tài)反饋控制與狀態(tài)觀測器設(shè)計第7章 最優(yōu)控制第8章 系統(tǒng)辨識第9章 自適應(yīng)控制第10章 預(yù)測控制第11章 模糊控制第12章 專家系統(tǒng)與專家控制系統(tǒng)第13章 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制習(xí)題參考答案參考文獻

章節(jié)摘錄

　　這種理論的發(fā)展已獲得許多應(yīng)用，例如在模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性設(shè)計中，超穩(wěn)定性設(shè)計已成為一種重要的設(shè)計原則。1960年，卡爾曼發(fā)表“控制系統(tǒng)的一般理論”等論文，引入狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出能控性、能觀測性、最佳調(diào)節(jié)器和卡爾曼濾波等概念，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)。1963年，中外學(xué)者提出極點配置基本定理。1964年，D.G.呂思伯格發(fā)表“多變量系統(tǒng)觀測器”，提出一種最優(yōu)觀測器。狀態(tài)空間法能夠描述系統(tǒng)內(nèi)部特性，能夠在時域里分析與設(shè)計系統(tǒng)，同時適用于單輸入單輸出和多輸入多輸出系統(tǒng)、線性定常系統(tǒng)和線性時變系統(tǒng)，大大擴展了能夠處理問題的范圍。1970年，英國羅森布羅克（H.H.Rosenbrock）提出多變量頻域法，將經(jīng)典控制理論中的頻域方法推廣到多變量系統(tǒng)。　　控制理論是基于數(shù)學(xué)模型來分析與設(shè)計系統(tǒng)，所以，如何得到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型成為控制理論應(yīng)用的瓶頸問題。1967年，瑞典阿斯特勒姆（K.J.Astrom）提出最小二乘系統(tǒng)辨識方法，解決了線性定常系統(tǒng)的參數(shù)估計和定階問題?！　?0世紀(jì)80年代以來，計算機的快速更新?lián)Q代極大地推動了控制理論的發(fā)展。目前，控制理論已經(jīng)進入了一個新的發(fā)展階段。世界各國工業(yè)向著大型、綜合化發(fā)展，控制系統(tǒng)也變得越來越復(fù)雜。實際控制系統(tǒng)的復(fù)雜性可歸納為：　?。?）對象復(fù)雜。不只是一種單一的運動，往往是幾種物質(zhì)的運動，甚至同時進行著物理、化學(xué)、生物的反應(yīng)，內(nèi)部機理不甚清楚。系統(tǒng)往往是非線性、多變量、強耦合、高維數(shù)的。對象的特性（包括結(jié)構(gòu)、參數(shù)等）在變化，存在著許多不確定性因素。難于用常規(guī)的數(shù)學(xué)工具建模并研究這些對象。輸入信息多樣化、數(shù)據(jù)量龐大。信息方式不是單一的，往往是多媒體的（例如圖形、文字、聲音、數(shù)字等）。　?。?）環(huán)境復(fù)雜。系統(tǒng)處于動態(tài)變化的、難于預(yù)先知道的環(huán)境中，存在大量的不確定因素，如環(huán)境的動態(tài)變化、輸入輸出信息中的噪聲、人為的和自然的干擾與誤差，信息的模糊性、偶然性、未知性、不完全性等。　?。?）任務(wù)復(fù)雜?？刂迫蝿?wù)不只限于反饋系統(tǒng)的調(diào)節(jié)（定值）、伺服（跟蹤）問題。而要求監(jiān)控、優(yōu)化、診斷、預(yù)報、調(diào)度、規(guī)劃、決策等。控制形式也擴大到視覺、觸覺、聲覺、協(xié)調(diào)控制、自主控制、避撞控制、適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境等。系統(tǒng)往往具有多層次、多目標(biāo)的控制要求?？刂浦械挠嬎銖?fù)雜性增加，且不限于數(shù)值計算。

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