基於突變理論的控制和應用(簡體書)
商品資訊
系列名:“十二五”國家重點圖書出版規劃項目
ISBN13:9787560340487
出版社:哈爾濱工業大學出版社
作者:趙新華
出版日:2013/05/01
裝訂:平裝
人民幣定價:36 元
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商品簡介
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目次
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商品簡介
《基于突變理論的控制及應用》系統地闡述了以突變理論方法為主的突變控制的工程應用問題。全書共分6章:第1章介紹與本書密切相關的一些數學基礎知識;第2章介紹7種初等突變、幾何形狀、突變理論的應用、突變約定、突變指征及突變應用方式等內容;第3章介紹突變控制理論的主要研究內容及突變控制的幾種方法,包括狀態反饋突變控制法、沖失濾波器、基于非線性多項式函數的突變控制法、基于分叉理論的突變控制方法;第4~6章闡述了突變控制的工程應用實例,包括在潛器穩定性分析中的應用、在船舶非線性運動中的突變控制及突變控制在水下超高速航行體縱向運動中的應用。
《基于突變理論的控制及應用》可作為控制理論與控制工程、系統工程、非線性動力學以及相關工程與應用專業的研究生教材或教學參考書,也可供相關專業教學和科研人員、工程技術人員參考。
名人/編輯推薦
《基于突變理論的控制及應用》可作為控制理論與控制工程、系統工程、非線性動力學以及相關工程與應用專業的研究生教材或教學參考書,也可供相關專業教學和科研人員、工程技術人員參考。
目次
第1章突變理論及其數學基礎
1.1數學基礎
1.1.1結構穩定性
1.1.2函數族的Morse引理和分裂引理
1.1.3余維數和開折
1.2分叉理論
1.2.1分叉理論概述
1.2.2靜態分叉
1.2.3中心流形定理
1.3奇異性理論
1.3.1識別問題
1.3.2開折問題
1.3.3分類問題
1.4突變理論
1.4.1勢函數和基本突變
1.4.2水的液氣相變
1.4.3“狗急跳墻”分析
1.4.4范德玻爾振子
參考文獻
第2章7種初等突變及其幾何形狀
2.1折疊突變
2.2尖點突變
2.3燕尾突變
2.4橢圓臍點突變
2.5雙曲臍點突變
2.6蝴蝶突變
2.7拋物臍點突變
2.8突變理論的應用
2.8.1突變約定
2.8.2突變指征
2.8.3應用方式概述
參考文獻
第3章突變控制理論
3.1概述
3.2突變特性分析及突變控制系統模型的特征
3.3突變控制方法
3.3.1狀態反饋突變控制法
3.3.2沖失濾波器輔助反饋突變控制法
3.3.3基于非線性多項式函數的突變控制法
3.3.4基于分叉理論的突變控制法
3.4突變控制理論框架
參考文獻
第4章突變控制在潛器穩定性分析中的應用
4.1潛器水平面和垂直面的非線性運動模型
4.2潛器垂直運動的突變分析
4.2.1模型簡化
4.2.2穩定性分析
4.2.3突變模型的建立
4.2.4突變分析
4.3潛器水平面運動的非線性分析
4.3.1導航及控制模型簡化
4.3.2穩定性分析
4.4潛器近水面運動波浪擾動模型
4.4.1波浪擾動模型
4.4.2潛器近水面運動模型
4.5潛器近水面運動靜態突變特性
4.5.1靜態分叉及突變分析
4.5.2數值分析
4.6靜態突變變結構控制
4.6.1問題描述
4.6.2突變變結構控制器
4.6.3仿真結果
參考文獻
第5章船舶非線性運動突變特性及控制
5.1船舶非線性橫搖運動方程
5.2橫搖運動多尺度分析
5.3船舶非線性橫搖運動動態突變特性
5.3.1零解穩定性
5.3.2Hopf分叉
5.3.3數值仿真分析
5.4船舶非線性橫搖運動動態突變控制
5.4.1線性狀態反饋突變控制器設計
5.4.2控制器參數討論
5.4.3受控系統數值分析
5.5船舶橫縱搖耦合運動模型
5.5.1船舶運動坐標系及假設條件
5.5.2船舶橫縱搖耦合運動模型
5.6船舶橫縱搖耦合運動分支突變特性分析
5.6.1攝動分析
5.6.2突變特性
5.7船舶橫縱搖耦合運動分支突變控制
5.7.1非線性耦合狀態反饋控制器
5.7.2仿真結果
參考文獻
第6章突變控制在水下超高速航行體縱向運動中的應用
6.1水下超高速航行體概述
6.1.1空泡形成的機理
6.1.2水下超高速航行體的動力學模型
6.2空化問題中的突變特性
6.3非定常通氣超空泡分叉突變特性
6.3.1空泡截面擴展方程
6.3.2攝動分析
6.3.3靜態分叉及突變分析
6.3.4數值分析
6.4水下超高速航行體縱向運動突變特性
6.4.1模型簡化
6.4.2突變模型建立
6.4.3尖點突變特性分析
6.5以空化數為參數的水下超高速航行體突變模型
6.5.1水下超高速航行體縱向運動的簡化動力學模型
6.5.2水下超高速航行體航行過程中的分叉突變現象
6.5.3水下超高速航行體縱搖折疊突變模型的建立
6.5.4基于分叉理論的突變特性分析
6.6水下超高速航行體的突變控制
6.6.1線性狀態反饋突變控制
6.6.2利用沖失濾波器進行突變控制
參考文獻
1.1數學基礎
1.1.1結構穩定性
1.1.2函數族的Morse引理和分裂引理
1.1.3余維數和開折
1.2分叉理論
1.2.1分叉理論概述
1.2.2靜態分叉
1.2.3中心流形定理
1.3奇異性理論
1.3.1識別問題
1.3.2開折問題
1.3.3分類問題
1.4突變理論
1.4.1勢函數和基本突變
1.4.2水的液氣相變
1.4.3“狗急跳墻”分析
1.4.4范德玻爾振子
參考文獻
第2章7種初等突變及其幾何形狀
2.1折疊突變
2.2尖點突變
2.3燕尾突變
2.4橢圓臍點突變
2.5雙曲臍點突變
2.6蝴蝶突變
2.7拋物臍點突變
2.8突變理論的應用
2.8.1突變約定
2.8.2突變指征
2.8.3應用方式概述
參考文獻
第3章突變控制理論
3.1概述
3.2突變特性分析及突變控制系統模型的特征
3.3突變控制方法
3.3.1狀態反饋突變控制法
3.3.2沖失濾波器輔助反饋突變控制法
3.3.3基于非線性多項式函數的突變控制法
3.3.4基于分叉理論的突變控制法
3.4突變控制理論框架
參考文獻
第4章突變控制在潛器穩定性分析中的應用
4.1潛器水平面和垂直面的非線性運動模型
4.2潛器垂直運動的突變分析
4.2.1模型簡化
4.2.2穩定性分析
4.2.3突變模型的建立
4.2.4突變分析
4.3潛器水平面運動的非線性分析
4.3.1導航及控制模型簡化
4.3.2穩定性分析
4.4潛器近水面運動波浪擾動模型
4.4.1波浪擾動模型
4.4.2潛器近水面運動模型
4.5潛器近水面運動靜態突變特性
4.5.1靜態分叉及突變分析
4.5.2數值分析
4.6靜態突變變結構控制
4.6.1問題描述
4.6.2突變變結構控制器
4.6.3仿真結果
參考文獻
第5章船舶非線性運動突變特性及控制
5.1船舶非線性橫搖運動方程
5.2橫搖運動多尺度分析
5.3船舶非線性橫搖運動動態突變特性
5.3.1零解穩定性
5.3.2Hopf分叉
5.3.3數值仿真分析
5.4船舶非線性橫搖運動動態突變控制
5.4.1線性狀態反饋突變控制器設計
5.4.2控制器參數討論
5.4.3受控系統數值分析
5.5船舶橫縱搖耦合運動模型
5.5.1船舶運動坐標系及假設條件
5.5.2船舶橫縱搖耦合運動模型
5.6船舶橫縱搖耦合運動分支突變特性分析
5.6.1攝動分析
5.6.2突變特性
5.7船舶橫縱搖耦合運動分支突變控制
5.7.1非線性耦合狀態反饋控制器
5.7.2仿真結果
參考文獻
第6章突變控制在水下超高速航行體縱向運動中的應用
6.1水下超高速航行體概述
6.1.1空泡形成的機理
6.1.2水下超高速航行體的動力學模型
6.2空化問題中的突變特性
6.3非定常通氣超空泡分叉突變特性
6.3.1空泡截面擴展方程
6.3.2攝動分析
6.3.3靜態分叉及突變分析
6.3.4數值分析
6.4水下超高速航行體縱向運動突變特性
6.4.1模型簡化
6.4.2突變模型建立
6.4.3尖點突變特性分析
6.5以空化數為參數的水下超高速航行體突變模型
6.5.1水下超高速航行體縱向運動的簡化動力學模型
6.5.2水下超高速航行體航行過程中的分叉突變現象
6.5.3水下超高速航行體縱搖折疊突變模型的建立
6.5.4基于分叉理論的突變特性分析
6.6水下超高速航行體的突變控制
6.6.1線性狀態反饋突變控制
6.6.2利用沖失濾波器進行突變控制
參考文獻
書摘/試閱
3.2 突變特性分析及突變控制系統模型的特征
非線性系統突變特性分析是對給定的系統采用一定的數學工具進行定性及定量的分析研究,得出系統的局部和全局特性中存在的突變現象。由于非線性微分方程一般不存在解析解,故非線性系統目前還不存在統一的分析方法。從研究內容來看,可以結合常用的系統分析方法來分析突變特性,如二階系統的相平面法、近似解析法,基于Volterra級數的非線性系統的頻域方法,Lyapunov穩定性法,非線性振動理論法,拓撲學方法等。
1978年,Mehra提出了分叉分析和突變理論方法(Bifurcation Analysis and Catastrophe Theory Methodology,BACTM),用來分析系統中的突跳、滯后以及極限環現象,并成功應用于飛機的橫搖耦合、傾斜、機翼搖擺、振動、脫軌等突變現象的研究。BACTM主要以四個理論為基礎:中心流形定理;分類定量和突變理論;Hopf分叉理論;全局隱函數定理。
分叉分析和突變理論方法可以研究n+m維空間非線性系統的全局運動行為,其中n為狀態變量的個數,m為突變參數(外部變量、分叉參數)的個數。應用BACTM方法可以判斷系統穩定和不穩定的范圍、穩定性邊界、吸引子、分叉及突跳響應曲面以及極限環的存在性。
突變控制系統的模型一般具有五個基本特征:
(1)多模態。系統中可能出現兩個或多個不同的狀態,也就是說,系統在外部參數的作用下,有一個以上的局部極小值。
(2)不可達性。系統至少有一個不穩定的平衡位置,此處既可以連續又可以不連續,在數學上是不可微的。
(3)突跳。外部參量很小的變化引起狀態變量很大的變化,從而導致系統從一個局部極小值臨界點突跳到另一個局部極小值臨界點。
(4)發散。一般情況下,外部參數的微小變化在平衡曲面上只引起狀態變量的微小變化,對于外部參量的微擾也僅僅引起狀態變量的微小增量。但是,在退化臨界點的鄰域里,外部參量的微小變化將導致狀態變量很大的變化,這種不穩定性稱為發散。
(5)滯后。當物理過程不是嚴格可逆時,會出現滯后現象,即由第一個局部極小值躍向第二個局部極小值時,與由第二個局部極小值躍向第一個局部極小值時的外部參數平面的突跳點不同。
3.3突變控制方法
突變現象本身屬于非線性的范疇,因此需要結合非線性控制理論中的方法對其進行控制,達到系統設計的目標。
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