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个人网站php源码自动控制:多学科视角(自动控制领
本书是自动控制领域国际级权威的经典著作。书中通过物理学、生物学、计算机科学和运筹学等学科中的应用实例,全面阐述了反馈控制的基本理论和设计方法,介绍了对反馈系统进行建模、分析和设计时的数学应用,了频域中的分析方法,包括传递函数、奈奎斯特分析、PID控制、频域设计和鲁棒性等。
个人网站php源码对于本科生和研究生来说,这是一本完美的自动控制原理教科书;对于研究人员来说,这是一本必不可少的内容全面的参考书。
本书介绍了反馈控制系统的建模、分析与设计。与其他同类书不同,本书基于指数响应来建立传递函数的概念,并从物理学、生物学、信息科学以及经济学等许多领域中选取反馈实例来进行阐述。
书中先从反馈系统设计与分析的状态空间工具入手。介绍解的稳定性、李雅普诺夫函数、可达性、状态反馈的可观测性以及观测器。接着建立并解释了频域工具,其中包括传递函数、奈奎斯特分析、PID控制、频域设计以及鲁棒性等。另外,书中每章还提供了大量习题。
现代科学技术的发展出现了学科大交叉、大融合的可喜局面,这个局面的一个显著特征就是各种各样的数学工具、通用工程工具、计算机软件工具被广泛地应用到了各个学科领域里,大大提高了科学研究的效率,形成了大量学术研究的新热点,产生了许多可喜的成果,涌现出了大批的科学研究新人。自动控制技术就是一个这样的通用工具。
从广义上讲,维持一个易变的物理量稳定或使其按照预定的方式变化的方法或措施,就是控制。在人们的日常生活中,举目所见如果不是直接受自动控制作用,起码它的生产或制造过程是与自动控制有关的。例如,电压控制存在于几乎所有涉及电的装置中,温度控制存在于冰箱、空调、电饭煲中,速度(位置)控制存在于车辆、电梯、洗衣机以及某些榨汁机和电动玩具中,平衡控制、姿态控制存在于各种飞行器中。一张桌子、椅子看似与控制毫无关系,但制造它们的工艺过程和设备离不开控制;一只狗、一只猫似乎跟控制扯不上什么关系,但实际上在任何的生物体内都存在着大量的(生物化学)自动调节功能,如动物的眼睛会根据外部光线的强弱自动调节瞳孔的开度,细胞内外的无机盐浓度会因自动调节而达到平衡;就连原始森林中生活的猞猁和野兔,似乎跟现代的控制技术沾不上边,但它们的数量关系却天然地受着自动控制规律的调节。
自动控制对人类生活有着如此深远的影响,几乎达到了无所不在的地步,因此,研究自动控制的学问--自动控制的理论与技术,就成了现代科学技术研究的一个通用工具。不仅工科的学生和科研人员有必要掌握自动控制的基本原理、方法和概念,就是其他学科的研究者们,了解和掌握相关的知识对于他们的科研工作也将大有裨益。例如90后美女,医学工作者可以利用自动控制的知识来了解和研究药物在人体中的分布和代谢,历史学家、考古学家、经济学家以及社会学家可以利用自动控制的原理和知识来研究一个历史时期内人口的变化规律、经济的发展、文明的兴衰,生物学家可以利用自动控制的原理来理解和阐释生物体内各种激素的调节作用,生态学家可以利用自动控制的原理来理解生态平衡问题,甚至家们也可以从自动控制的反馈原理得到治国安邦的。
自动控制的知识对于各领域的研究者们来说都有用处,但要想轻松、全面地了解并熟悉其中的知识却不是一件容易的事情。在有些控制相关的专业里,古典控制理论和现代控制理论往往是分开讲授的,学分很多,教材很厚,并且许多专业只讲授古典控制理论的内容。因此,即使是在大学里学过自动控制原理的读者,他们的相关知识也未必全面,有进一步了解现代控制理论的必要。而对于那些从未接触过自动控制理论的人,让他们花大量的时间去自学几大本充满数学符号的厚书,无疑是极其困难的事情。针对以上情况,美国理工学院和Lund大学从2003年开始,为各领域中有兴趣了解和利用反馈的科学家和工程师们,开设了一门反馈系统的入门课程,重点介绍反馈系统设计与分析中的基本原理和工具。本书英文版就是在该课程讲义的基础上整理、完善而成的。本书有以下几大特色。
(1)在不失严密性的情况下,尽力压缩了所需的数学知识,所要求的数学基础主要包括线性代数中的矩阵、向量与特征值的计算、微分方程、复数以及复函数等内容。
(2)通过指数输入响应的概念来引入传递函数的定义,因此跟大多数传统的自动控制教材不同,本书读者无需具备拉普拉斯变换的数学背景,相信这将更易于被各领域的科学工作者和工程师们所接受。
(3)几乎用了3章的篇幅介绍了来自不同学科的许多具有代表性的、新颖的反馈实例,并把它们贯穿全书,来帮助介绍各章的原理、设计方法,以求达到举一反三的效果。
(4)重点介绍了非线性动态特性、李雅普诺夫稳定性分析、矩阵指数、可达性、可测性和鲁棒性等现代控制理论的内容,有意淡化了根轨迹技术、超前/滞后补偿、手工绘制伯德图和奈奎斯特图等古典控制理论的内容,并将传统自动控制原理教材中介绍的有些概念放在了习题之中,供读者了解。
(5)用大部分的篇幅来介绍反馈系统分析与设计的核心原理和工具,将少量较难的、需要较深技术背景的材料单列,供工程系高年级的本科生们阅读,试图担当起基础工程教科书与入门读物的双重角色。
(6)最后,出版商建有本书的一个网站(提供了常见问题的解答、附加的测验题、习题、章节重点总结、外部资源链接以及部分实例的源代码。
自动控制作为一个比较古老的学科,传统教材的内容和形式难免雷同,举例往往稀少、古旧,而本书则可以说是选取了多个学科领域中的最新成果作为范例,对自动控制的原理、设计方法进行了新的演绎,给读者们呈现出了一副焕然一新的面貌。这种效果的取得应该归功于作者KarlJohanoAstr.om和RichardM.Murray在多个学科中开展的广泛研究。KarlJohanoAstr.om的研究兴趣遍及随机控制、系统辨识、适应性控制、计算机控制以及计算机辅助控制工程等,他是首次将专家系统引入控制领域的学者(1983年);RichardM.Murray的研究兴趣则遍及飞行器与机器人运行相关的机械系统的非线性控制、流体的主动控制及其在推进系统中的应用以及生物工程等方面。正是这两人广泛研究兴趣的汇集,才使得本书中取自不同领域的大量实例能够组成一条贯穿全书的主线,达到了既清楚地阐述反馈控制系统的原理与设计方法,又举一反三地解答了相个人网站php源码自动控制:多学科视角(自动控制领域国际级权威的经典著作关专业控制问题的效果。
作为自动控制原理方面一本结构、形式全新,实例覆盖又如此之广的新书,存在一些排版、印刷等方面的问题在所难免。为此,作者之一的RichardM.Murray在其个人网站上提供了一个勘误面(其中读者既可以提交自己发现的问题,也可以得到所有已发现错误的更正。中文版在翻译的过程中,已经对勘误表中列出的全部问题进行了更正。
在本书的翻译过程中,博士研究生汪万伟提供了第9章和第10章的译文初稿,硕士研究生聂德志、王宝华分别提供了第5章和第6章、第7章和第8章的译文初稿。还有其他一些老师和同学在译文的校对、排版等方面提供了帮助,在此一并表示感谢。
由于译者水平有限,错误之处在所难免,敬请读者指正。
尹华杰
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