Applied Stochastic System Modeling

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具体描述

  年代:1992。版次:1 。

现代控制理论与先进系统工程方法论:动态系统的建模、分析与优化 图书概述: 本书深入探讨了现代控制理论在复杂动态系统建模、分析与优化中的前沿应用。全书结构严谨,内容涵盖了从经典控制理论的数学基础到现代鲁棒控制、最优控制、自适应控制以及非线性系统的先进技术。它旨在为工程师、研究人员和高级学生提供一个全面而深入的框架,用以理解和设计高性能的控制系统,特别是在面对不确定性、外部干扰和模型不精确性时。本书强调理论与实际应用的结合,通过大量的案例研究和仿真分析,展示如何将复杂的数学工具转化为切实可行的工程解决方案。 第一部分:动态系统建模基础与数学工具 本部分奠定了分析复杂系统的数学基础,侧重于将物理现象转化为可处理的数学模型。 第一章:系统建模的哲学与方法论 系统思维在工程中的核心地位。如何界定系统边界、识别关键输入和输出变量。从第一性原理出发(如牛顿第二定律、基尔霍夫定律)推导模型的必要性。模型的抽象层次:从微分方程到状态空间表示。模型的验证与确认(V&V)流程,区分系统识别与系统辨识。 第二章:线性定常(LTI)系统的状态空间表示 深入解析连续时间与离散时间系统的状态空间模型 $dot{mathbf{x}} = mathbf{A}mathbf{x} + mathbf{B}mathbf{u}$ 和 $mathbf{x}[k+1] = mathbf{A}mathbf{x}[k] + mathbf{B}mathbf{u}[k]$。系统的能控性与可观测性分析,利用李雅普诺夫判据和克拉马矩阵进行严格数学证明。对 Jordan 规范形和对角化方法的讨论,及其在理解系统固有动态特性中的作用。 第三章:输入-输出建模与传递函数 回顾经典控制理论中的拉普拉斯变换和 Z 变换,以及传递函数的概念。零极点分析在系统稳定性判断和瞬态响应预测中的关键作用。如何从状态空间模型精确转换到传递函数模型,反之亦然,并讨论了转换过程中的奇异性问题。频率响应分析(波德图、奈奎斯特图)作为系统鲁棒性初步评估的工具。 第二部分:经典与现代反馈控制设计 本部分聚焦于如何利用反馈机制来改变系统的固有动态特性,实现期望的性能指标。 第四章:性能规范与反馈控制器设计 详细阐述控制系统的性能指标:稳态误差、超调量、调节时间。基于根轨迹法的补偿器设计,包括超前(Lead)和滞后(Lag)控制器的参数整定。PID 控制器的原理、局限性及其在工程实践中的调谐方法(如 Ziegler-Nichols 法的改进)。讨论离散时间系统的数字 PID 实现及其采样周期的影响。 第五章:状态反馈控制与极点配置 引入现代控制的核心思想:利用所有状态变量的信息进行反馈。极点配置(Pole Placement)技术,利用 Ackermann 公式或其他方法将系统极点放置在复平面上的特定位置以满足性能要求。状态观测器的设计:Luenberger 观测器,用于估计无法直接测量的状态变量。闭环系统的稳定性和渐近性分析。 第六章:最优控制理论:LQR 设计 最优控制问题的数学表述,特别是线性二次型调节器(LQR)问题。推导代数李卡提方程(ARE),并求解最优状态反馈增益 $mathbf{K}$。权重矩阵 $mathbf{Q}$ 和 $mathbf{R}$ 的选择原则及其对控制能量和状态偏差的权衡分析。将 LQR 与状态观测器结合形成最优估计与控制(LQG)框架。 第三部分:应对不确定性与非线性:先进控制技术 随着系统复杂度的增加,必须采用更强大的工具来处理模型的不确定性、外部扰动和系统固有的非线性特性。 第七章:鲁棒控制理论基础 系统不确定性的分类:参数不确定性、结构不确定性和外部扰动。介绍鲁棒性的概念:稳定裕度和性能裕度。鲁棒控制的数学工具:$mathbf{H}_infty$ 范数,用于量化系统对未建模动态和扰动的敏感性。$mathbf{H}_infty$ 控制器的设计原理,通过求解相关的丢番图方程(通常转化为 LMI 问题)来实现性能与鲁棒性的折衷。 第八章:自适应控制系统 当系统参数未知或时变时,自适应控制器的必要性。间接自适应(基于参数估计)与直接自适应(基于误差驱动)的架构。讨论基于最小二乘(LS)或递归最小二乘(RLS)的状态参数估计技术。在设计自适应律时,必须严格论证闭环系统的稳定性(如使用 Lyapunov 方法)。 第九章:非线性系统分析与反馈设计 非线性系统的特性:平衡点、极限环、混沌。利用雅可比线性化方法在局部进行分析。精确线性化技术:输入-状态线性化和输入-输出线性化,及其在特定物理系统(如倒立摆、机械臂)中的应用。反步法(Backstepping)作为一种系统化的非线性控制器设计方法,用于处理具有严格反馈形式的系统。 第十章:系统辨识与模型修正 在实践中,模型往往需要根据实验数据进行修正。本章介绍参数估计算法,如最大似然估计(MLE)和系统辨识的实验设计原则。讨论如何利用辨识结果来改进控制器的性能或更新在线自适应算法。对模型结构选择和辨识结果的置信区间分析。 结论: 本书的最终目标是提供一套全面的理论和方法论工具箱,使读者能够自信地处理从线性到高度非线性、从确定性到高不确定性的各类动态系统,从而设计出既高效又鲁棒的工程控制方案。强调理论的严谨性,同时注重在航空航天、过程控制、机器人学等高技术领域的实际落地应用。

著者信息

图书目录

图书序言

图书试读

用户评价

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在我的专业领域,对各种不确定性现象的建模和分析是绕不开的课题。所以,当我看到《Applied Stochastic System Modeling》这本书时,立刻就被吸引了。这本书给我的最深刻印象是它的结构非常清晰,从基础的概念讲到复杂的模型,环环相扣,逻辑严密。一开始,它就花了相当大的篇幅来介绍随机变量、概率分布等基础知识,但它的讲解方式非常生动,避免了枯燥的数学定义,而是通过大量的例子来帮助读者建立直观的理解。例如,它在讲解二项分布时,会用抛硬币的例子,让我一下子就能明白什么是成功的次数和概率。然后,随着内容的深入,它逐渐引入了更复杂的随机过程,比如泊松过程、马尔可夫链,并且详细地介绍了它们在不同领域的应用。我特别欣赏的是,书中对每个模型的推导过程都非常详尽,并且会解释清楚每一步的含义,这对于我这种喜欢刨根问底的读者来说,非常有价值。此外,书中还包含了许多关于模型选择和验证的内容,这在实际应用中至关重要。它不仅仅教你如何构建模型,更教你如何判断一个模型是否合适,以及如何评估模型的性能。这本书给我带来了很多启发,让我对随机系统建模有了更深入的认识。

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作为一名对工程优化感兴趣的学生,《Applied Stochastic System Modeling》这本书给我带来了非常大的帮助。这本书的结构安排非常系统,从概率论的基础知识开始,逐步深入到各种复杂的随机过程和建模技术。作者在讲解概念时,非常注重与实际工程问题的联系,例如,在介绍排队论时,它就用了一个非常生动的例子:工厂生产线上,机器发生故障后等待维修的时间。这让我能立刻理解排队论的核心思想,并且看到了它在实际工程中的应用价值。书中对各种数学模型的推导过程都非常严谨,并且会详细解释每一步的逻辑,这对于我这种喜欢深入研究理论的学生来说,非常有价值。我尝试着去理解书中的数学证明,并且尝试着将它们应用到我遇到的实际问题中。书中的图表和公式也都排版得非常清晰,便于阅读和理解。此外,书中还包含了很多关于模型选择和验证的内容,这在实际工程应用中至关重要。它不仅仅教你如何构建模型,更教你如何判断一个模型是否合适,以及如何评估模型的性能。这本书给我带来了很多新的思路和方法,让我能够更有效地解决工程优化中的不确定性问题。

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最近我正在尝试将一些数据分析技术应用到我的研究项目里,其中涉及到一些时间序列的预测和不确定性的量化。无意中在书店看到了《Applied Stochastic System Modeling》这本书,它的封面设计就给人一种专业又可靠的感觉。翻开来看,发现它确实是内容丰富、体系完整。我特别欣赏的是它在讲解复杂概念时,能够循序渐进,并且结合大量的图示和表格。例如,在介绍泊松过程的时候,它不仅仅给出了数学定义,还用了一个非常形象的比喻,将它比作一段时间内随机事件发生的次数,然后通过图表展示了不同参数下事件发生频率的分布情况。这种方式大大降低了理解门槛,让我能够更快地抓住核心要点。此外,本书在每个章节的末尾都会提供一些练习题,这些题目不仅考察了读者对理论知识的掌握程度,还鼓励读者将所学知识应用到实际问题中去。我尝试做了几道题目,发现它们的设计都很有代表性,能够帮助我巩固和深化对书中内容的理解。虽然这本书的篇幅不短,但作者的写作功底相当扎实,逻辑清晰,语言精炼,使得阅读过程并不显得枯燥。我感觉这本书不仅适合作为高等院校的教材,也适合作为有志于深入研究随机系统建模的自学者。它提供了一个非常扎实的理论基础,同时也为实际应用指明了方向。

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拿到《Applied Stochastic System Modeling》这本书,说实话,我一开始还以为是本理论性很强的教科书,毕竟“随机”和“系统建模”这些词听起来就有点学究气。但翻开之后,才发现它比我想象的要接地气多了。书里大量运用了实际案例,像是金融风险的量化分析、通信网络的性能预测,甚至还有生物医学信号的处理。我特别喜欢它讲解概念的方式,不是直接丢一堆公式给你,而是先从一个生活化的场景入手,然后慢慢引入模型和数学工具。举个例子,它在讲马尔可夫链的时候,不是一开始就扯什么状态转移矩阵,而是先用一个天气预报的例子,告诉你今天晴天明天可能下雨,下雨后天又可能转晴,这种概率性的变化,自然而然就引出了马尔可夫链的核心思想。这种循序渐进的学习方式,对于我这种数学基础不算特别扎实,但又想了解这方面知识的读者来说,简直是福音。而且,书里的图表也很多,数据可视化做得很好,很多复杂的概念通过图表能一目了然,比纯文字描述要清晰得多。当然,这本书并不是完全没有难度,有些涉及到高等数学的部分,我还是需要反复钻研,不过作者的解释算是相当到位了,很多时候还会提供一些辅助的参考资料,让我可以根据自己的理解程度去查阅。总的来说,它成功地在理论深度和实践应用之间找到了一个很好的平衡点,既能让我学到扎实的理论基础,又能看到这些理论是如何在现实世界中发挥作用的,这种感觉真的非常棒。

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在我的工作经验中,经常会遇到需要处理大量不确定数据的情况,尤其是在优化生产流程和预测市场需求方面。《Applied Stochastic System Modeling》这本书,正是我一直在寻找的宝藏。这本书的结构安排非常合理,从最基础的概率论知识开始,逐步深入到各种复杂的随机过程和系统建模方法。我特别喜欢它在讲解概念时,能够运用大量的实例,而且这些实例都非常有代表性,例如,它在讲到排队论时,就用了一个非常生动的例子:顾客在超市结账时排队等待的时间,这让我能立刻理解排队论的核心思想。而且,书中对各种随机模型的数学推导都非常严谨,并且会详细解释每一步的逻辑,这对于我这种喜欢深入研究理论的人来说,非常有价值。我花了相当多的时间去理解书中的数学证明,并且尝试着将它们应用到我遇到的实际问题中。书中的图表和公式也都排版得非常清晰,便于阅读和理解。此外,书中还包含了很多关于模型评估和选择的内容,这对于我们在实际应用中选择最合适的模型至关重要。这本书给我带来了很多新的思路和方法,让我能够更有效地处理工作中的不确定性问题。

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我一直对如何用数学的方法来描述和预测现实世界中的随机现象感到好奇,《Applied Stochastic System Modeling》这本书正好满足了我的求知欲。这本书最大的亮点在于其丰富的应用案例,从金融市场的波动,到通信网络的拥堵,再到生态系统的演变,几乎涵盖了我们日常生活中能遇到的各种需要考虑不确定性的场景。作者在讲解每一个模型时,都非常注重与实际问题的联系,例如,在介绍泊松过程时,它就用了一个非常贴切的例子:在单位时间内,顾客进入商店的次数。这让我能够很容易地将抽象的数学概念与生活经验联系起来。而且,书中在介绍理论知识的同时,也非常强调实践操作。它提供了很多关于如何使用软件工具(比如MATLAB或R)来实现模型的代码示例,这对于我这种动手能力比较强的人来说,非常有吸引力。我尝试着跟着书中的代码敲了几遍,发现效果非常好,能够直观地看到模型的输出结果。虽然书中有一些数学推导,但作者的讲解逻辑非常清晰,并且会给出一些辅助性的解释,让我不会在复杂的公式中迷失方向。总的来说,这本书是一本非常优秀的入门读物,它成功地将复杂的随机系统建模理论变得生动有趣,并且具有很强的实践指导意义。

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平时我对于如何量化和管理风险非常感兴趣,尤其是在金融投资领域。《Applied Stochastic System Modeling》这本书,恰好满足了我这方面的需求。这本书的独特之处在于,它不仅仅是理论知识的堆砌,而是非常注重将理论与实际应用相结合。作者通过引入大量的现实世界中的案例,来解释各种随机系统建模方法。例如,在讲解风险价值(VaR)时,它就用了一个非常生动的例子,分析了在金融危机中,投资组合可能面临的最大损失。这让我能够更深刻地理解风险的本质,以及如何通过数学模型来量化它。书中对各种概率分布和随机过程的介绍也相当到位,不是简单地给出定义,而是会结合实际场景,解释它们的适用范围和含义。我特别喜欢书中关于蒙特卡洛模拟的部分,它详细介绍了如何利用计算机模拟来估计复杂系统的性质,并且提供了相关的代码示例,让我能够亲自去实践。虽然书中的一些数学推导需要花费一些时间去理解,但作者的讲解思路清晰,并且会给出一些直观的解释,这大大降低了学习的难度。这本书给我带来了很多启发,让我对如何运用随机系统建模来解决实际问题有了更深入的认识。

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我平常的工作会接触到一些供应链的优化问题,如何预测需求波动,如何管理库存,这些都涉及到不确定性。所以,当朋友推荐《Applied Stochastic System Modeling》这本书给我的时候,我毫不犹豫地入手了。这本书给我的第一印象就是它的应用导向性非常强。它并没有一开始就深入探讨各种随机过程的数学性质,而是先花了很大的篇幅介绍各种现实世界中的系统,以及这些系统所面临的随机性挑战。比如,它在讲到金融市场的时候,就用大量的例子说明了股票价格的波动、汇率的变动等,这些都无法用确定性的模型来准确预测。然后,它才慢慢地引入一些建模的方法,像是蒙特卡洛模拟、排队论等等,并且详细地讲解了如何将这些模型应用于实际问题。我尤其对书里关于风险管理的章节印象深刻,它通过一个生动的案例,展示了如何利用随机模型来评估投资组合的风险,以及如何设计对冲策略。这对我启发很大,让我意识到原来很多看似复杂的问题,都可以通过系统化的建模和分析来找到解决方案。这本书的语言风格也比较平实,不像很多学术论文那样晦涩难懂,读起来比较轻松。当然,里面的一些数学推导还是需要仔细推敲的,但作者的讲解思路很清晰,往往会先给出一个直观的解释,然后再进行数学上的严谨证明。我个人认为,这本书非常适合那些想将随机过程理论应用到实际工作中的工程师、分析师,以及对系统建模感兴趣的研究生。

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拿到《Applied Stochastic System Modeling》这本书,我首先注意到的是它非常厚实,内容一定相当充实。阅读下来,果然名不虚传。这本书最让我赞赏的是它能够将复杂的随机系统建模理论,以一种相对易懂的方式呈现给读者。作者并没有一味地追求数学的严谨性而忽略了读者的理解,而是通过大量的实际案例,将抽象的概念具象化。比如,在介绍布朗运动时,它并没有上来就给出勒贝格积分,而是先从一个宏观的视角,描述了粒子在液体中随机运动的现象,然后慢慢引入布朗运动模型。这种由浅入深的学习方式,对于我这种数学基础不是特别深厚的读者来说,是极大的帮助。而且,书中有很多地方都穿插了相关的计算机模拟代码,这让我能够更直观地去验证理论的正确性,并且可以自己动手去修改参数,观察结果的变化。我尤其喜欢书中关于金融建模的部分,它用了很多现实的金融数据来解释模型是如何运作的,以及如何用来预测风险。虽然书中有一些比较深的数学内容,但我感觉作者的解释已经足够清晰,并且还会提供一些参考文献,方便我进一步查阅。总的来说,这本书是一本非常值得推荐的书籍,它在理论深度和实践应用之间找到了一个非常好的平衡点。

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《Applied Stochastic System Modeling》这本书,坦白说,我是冲着它的“应用”二字去的。在当前的学术界,理论模型常常显得过于脱离实际,而这本书似乎恰恰相反,它将抽象的随机理论与生动的现实场景紧密结合。我最喜欢的是它在介绍各种模型时,总是会先从一个实际问题出发,比如“如何预测股票市场上的风险”,或者“如何优化一个物流配送网络”。然后,作者会引导读者一步步地思考,是什么样的不确定性导致了这些问题,以及如何用数学工具来描述和量化这些不确定性。书中对各种概率分布的解释也做得非常到位,不是简单地罗列公式,而是会从直观的角度去解释它们的含义和适用场景。例如,在介绍指数分布时,它会用一个“等待多长时间才能发生第一次事件”的例子,让我很容易就能理解它的精髓。而且,书中有很多地方都穿插了计算机模拟的例子,这对于我这种更偏向于实践操作的人来说,非常有帮助。通过代码示例,我能更直观地看到模型是如何运行的,以及如何通过调整参数来观察结果的变化。这本书在数学严谨性和易读性之间找到了一个很好的平衡,既能满足对理论深度有要求的读者,也能让初学者快速入门。

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