運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)多層遞階自適應(yīng)預(yù)報(bào)與控制

前言

　　運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在航天、航空、船舶及工業(yè)領(lǐng)域都大量存在，但是它們分別屬于不同的行業(yè)或領(lǐng)域，其研究也是相對(duì)獨(dú)立的。例如從運(yùn)載火箭、載人航天飛船、衛(wèi)星，到各種飛機(jī)，到水面艦艇、潛艇、水下潛器，再到陸地的各種軍用車輛和民用車輛及其他相關(guān)設(shè)備等，都在不同的行業(yè)和部門進(jìn)行研制生產(chǎn)，相互之間交流、借鑒以及探討共性技術(shù)研發(fā)的工作相對(duì)較少。對(duì)于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)來說，其整體運(yùn)動(dòng)參數(shù)的預(yù)報(bào)是有效控制的前提，而準(zhǔn)確有效控制又是系統(tǒng)完成各項(xiàng)任務(wù)的重要保證，所以，對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的整體參數(shù)變化預(yù)報(bào)與控制進(jìn)行研究具有重要的工程意義。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)預(yù)報(bào)技術(shù)與控制技術(shù)都屬于共性技術(shù)，在某一運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用成功的預(yù)報(bào)和控制技術(shù)方法，有可能快速推廣到其他類型的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中去?！　”緯卜?章，第1章介紹運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的概念和國內(nèi)外研究概況，系統(tǒng)預(yù)報(bào)技術(shù)和自適應(yīng)控制技術(shù)所面臨的問題和發(fā)展概況等；第2章介紹基于參數(shù)模型的系統(tǒng)控制方法；第3章介紹基于參數(shù)模型的系統(tǒng)預(yù)報(bào)方法；第4章系統(tǒng)地介紹多層遞階辨識(shí)、多層遞階自適應(yīng)預(yù)報(bào)和多層遞階自適應(yīng)控制理論；第5章和第6章分別闡述了控制和預(yù)報(bào)技術(shù)在船舶運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，并將各種方法與多層遞階理論的應(yīng)用進(jìn)行了比較研究；第7章是多層遞階方法在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)故障預(yù)報(bào)中的應(yīng)用實(shí)例?！　∠到y(tǒng)的預(yù)報(bào)與控制方法可分為兩大類：基于模型的方法和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法?；谀Ｐ偷姆椒ㄒ寻l(fā)展得十分成熟，但卻存在應(yīng)用的局限性；在難以建立系統(tǒng)機(jī)理模型的條件下，如何利用已獲得的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的有效預(yù)報(bào)和控制是目前迫切需要解決的問題。黑龍江大學(xué)韓志剛教授提出了一種利用歷史數(shù)據(jù)建立非線性系統(tǒng)的泛模型，并在此基礎(chǔ)上建立了一套不依賴系統(tǒng)參數(shù)數(shù)學(xué)模型的自適應(yīng)預(yù)報(bào)與控制理論多層遞階理論。　　由于不同類型的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下經(jīng)常表現(xiàn)出非線性特性和時(shí)變特性等，對(duì)其運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行的預(yù)報(bào)與控制時(shí)需要有適應(yīng)性較強(qiáng)的方法，所以本書將多層遞階理論引入到船舶運(yùn)動(dòng)姿態(tài)預(yù)報(bào)與控制之中，還進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和對(duì)比分析，為進(jìn)一步的工程應(yīng)用提供技術(shù)支持和理論指導(dǎo)?！　”緯木帉懝ぷ鞯玫搅撕邶埥髮W(xué)韓志剛教授和北京交通大學(xué)侯忠生教授等的指導(dǎo)和幫助，他們無私地向作者提供了大量的文獻(xiàn)、資料，在此表示衷心的感謝。

內(nèi)容概要

本書給出了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的定義，概述了基于參數(shù)模型預(yù)報(bào)和控制的典型方法，重點(diǎn)闡述了基于非參數(shù)模型的多層遞階辨識(shí)、多層遞階自適應(yīng)預(yù)報(bào)和多層遞階自適應(yīng)控制方法，并以船舶運(yùn)動(dòng)姿態(tài)預(yù)報(bào)和控制為例進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和對(duì)比分析。這些方法還可在其他類型的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用。    本書闡述了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)故障預(yù)報(bào)的概念和基于多層遞階方法的化工系統(tǒng)故障預(yù)報(bào)應(yīng)用實(shí)例。    本書對(duì)于航空、航天、船舶、軍用車載系統(tǒng)、民用車輛及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備研制的工程技術(shù)人員和研究生具有重要參考價(jià)值，還可做為大專院校自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專業(yè)選修課教材。

書籍目錄

前言第1章 緒論  1.1 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)概述    1.1.1 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的定義與分類    1.1.2 研究概況  1.2 系統(tǒng)預(yù)報(bào)技術(shù)概述    1.2.1 預(yù)報(bào)方法的分類    1.2.2 各種預(yù)報(bào)方法的比較  1.3 自適應(yīng)控制技術(shù)概述    1.3.1 線性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制    1.3.2 非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制    1.3.3 自適應(yīng)控制理論的發(fā)展方向第2章 基于參數(shù)模型的系統(tǒng)控制方法  2.1 控制系統(tǒng)的概念    2.1.1 系統(tǒng)的定義與分類    2.1.2 線性系統(tǒng)的性質(zhì)    2.1.3 系統(tǒng)分析  2.2 控制論與工程控制論    2.2.1 控制論基本思想的形成    2.2.2 經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論  2.3 PID控制    2.3.1 PID控制原理    2.3.2 PID參數(shù)對(duì)控制性能的影響    2.3.3 湊試法確定PID參數(shù)  2.4 極點(diǎn)配置    2.4.1 反饋控制系統(tǒng)的兩種形式    2.4.2 極點(diǎn)配置的定理  2.5 模型參考自適應(yīng)控制    2.5.1 模型參考自適應(yīng)控制原理    2.5.2 基于超穩(wěn)定性理論的控制器設(shè)計(jì)方法    2.5.3 基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論的設(shè)計(jì)方法第3章 基于參數(shù)模型的系統(tǒng)預(yù)報(bào)方法  3.1 時(shí)間序列分析與建模    3.1.1 隨機(jī)過程的基本概念    3.1.2 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的隨機(jī)模型    3.1.3 基于最小二乘法的參數(shù)估計(jì)  3.2 自回歸預(yù)報(bào)方法    3.2.1 自回歸模型的參數(shù)估計(jì)    3.2.2 利用艾克準(zhǔn)則確定自回歸模型的階  3.3 灰色預(yù)報(bào)方法    3.3.1 灰色系統(tǒng)的基本概念    3.3.2 GM模型的建立    3.3.3 灰色預(yù)測步驟第4章 多層遞階理論基礎(chǔ)  4.1 系統(tǒng)建模與辨識(shí)    4.1.1 系統(tǒng)辨識(shí)的應(yīng)用與發(fā)展    4.1.2 在線參數(shù)估計(jì)算法  4.2 多層遞階辨識(shí)    4.2.1 時(shí)變參數(shù)的辨識(shí)準(zhǔn)則    4.2.2 參數(shù)未知的結(jié)構(gòu)時(shí)變系統(tǒng)的辨識(shí)    4.2.3 多層遞階辨識(shí)方法  ……第5章 控制技術(shù)在船舶減搖系統(tǒng)中的應(yīng)用第6章 預(yù)報(bào)技術(shù)在船舶縱搖運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用第7章 多層遞階自適應(yīng)預(yù)報(bào)方法在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用參考文獻(xiàn)后記

章節(jié)摘錄

　　1.描述系統(tǒng)的方法　　描述系統(tǒng)的方法分為兩大類：輸入.輸出法和狀態(tài)變量法?！　≥斎耍敵龇ㄒ卜Q端口法，它主要描述系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系，如連續(xù)系統(tǒng)用微分方程或傳遞函數(shù)來描述，離散系統(tǒng)用差分方程來描述，線性系統(tǒng)用線性方程（組）來描述，非線性系統(tǒng)用非線性方程（組）來描述，時(shí)不變系統(tǒng)用常系數(shù)微分方程（差分方程）來描述，時(shí)變系統(tǒng)用變系數(shù)方程來描述等?！　顟B(tài)變量法是以系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量為基礎(chǔ)的描述方法，也稱內(nèi)部法。它既表征了輸人和輸出對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的因果關(guān)系，又反映了內(nèi)部狀態(tài)和輸人對(duì)外部輸出的影響，狀態(tài)空間表達(dá)式是對(duì)系統(tǒng)的一種完全的描述?！　?.系統(tǒng)的求解方法　　系統(tǒng)的求解方法分為兩大類：時(shí)域法和變換域法?！　r(shí)域法主要包括連續(xù)系統(tǒng)時(shí)域分析方法和離散系統(tǒng)時(shí)域分析方法；變換域法主要有頻域分析（傅里葉變換）與各種變換域分析（拉普拉斯變換、z變換）方法等?！　?.2 控制論與工程控制論　　2.2.1 控制論基本思想的形成　　早在二千多年前我國人民就有自動(dòng)控制的思想。他們先后發(fā)明了銅壺滴漏計(jì)時(shí)器（自動(dòng)計(jì)時(shí)），自動(dòng)定向指南車（自動(dòng)導(dǎo)航）以及各種模擬天體運(yùn)動(dòng)的天文觀測儀器等自動(dòng)裝置?，F(xiàn)代的自動(dòng)控制系統(tǒng)是在18世紀(jì)歐洲的產(chǎn)業(yè)革命時(shí)才開始產(chǎn)生。蒸汽機(jī)飛球調(diào)速裝置、液面控制裝置和溫度控制裝置等自動(dòng)化裝置在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛地得到應(yīng)用。隨著有關(guān)自動(dòng)控制應(yīng)用領(lǐng)域的增多，在工業(yè)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）進(jìn)行科學(xué)理論分析也逐漸于19世紀(jì)中葉以后開始?！　?0世紀(jì)30年代以后，特別是第二次世界大戰(zhàn)開始后，由于發(fā)展生產(chǎn)和軍事技術(shù)的需要，出現(xiàn)了各種類型的自動(dòng)化系統(tǒng)。其中如各種自動(dòng)化加工設(shè)備、電力系統(tǒng)和化工生產(chǎn)流程的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)的自動(dòng)控制裝置等，都顯著地提高了工業(yè)生產(chǎn)效率。軍事的競爭迅速地促進(jìn)了軍事裝備的自動(dòng)化，如飛機(jī)的自動(dòng)駕駛、火炮的自動(dòng)瞄準(zhǔn)、導(dǎo)彈的自動(dòng)制導(dǎo)以及雷達(dá)的自動(dòng)跟蹤等。這時(shí)期的電子技術(shù)、無線電通信、神經(jīng)生理學(xué)、生物學(xué)、數(shù)理邏輯、計(jì)算技術(shù)以及統(tǒng)計(jì)學(xué)等各種科學(xué)技術(shù)和理論都得到了飛躍的發(fā)展。這一切都為控制論的誕生奠定了基礎(chǔ)?！　　?/pre>








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