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造纸原理与工程(第2版)

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造纸原理与工程(第2版)

最 低 价:¥19.30

定 价:¥55.00

作 者:主编:刘宏材

出 版 社:冶金工业出版社

出版时间:2004-9-1

I S B N: 9787501944118

价格
19.30元
价格
43.50元

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编辑推荐

内容简介


片断:
绪论
系统辨识与参数估计是系统科学的一个重要分支,它不仅有理论意义,而且还具有实
际的意义。它研究怎样通过运行或试验数据来建立被控对象(系统或过程)的数学模型。
生产实践和科学技术的迅速发展,要求人们对研究对象的认识更加深刻,不仅要求研
究被控对象的静态特性,而且要求深入分析研究其动态特性。所谓动态特性就是指被控对
象的工况相对于某一平衡点发生变化时的运动状态特性。许多工业系统、生物医学系统以
及社会系统等都可看成为一个动态系统。这些系统就其各自的表现形式来说是各式各样的,
但是作为动态系统来看,其动态特性都可用数学模型来描述和分析。因此,怎样为一个被
控对象建立数学模型,已成为发展系统理论,开展实际应用工作中必不可少的组成部分。
模型
所谓模型就是把关于实际系统的本质的部分信息简缩成有用的描述形式[23]。模型可以
模拟或仿照实际系统的行为而不必是该系统实际结构的描述。区分实际系统哪些部分是本
质的,哪些部分是非本质的,这取决于所研究的问题。对实际问题来说,不可能建立把系
统的各种因素都包括在内的那种复杂模型。模型只是按照实际系统的目的所作的一种近似
描述。因而,模型和实际系统之间的近似程度以及模型的有效性是需要研究的问题。为实
际的被控对象建立模型时,要考虑模型的精度。如果要求模型越精确,那么模型就会越复
杂。反之,如果降低对模型的精度要求,只按实际系统的本质部分建立模型,得到的模型
就会简单一些。所以,对实际系统建模时,为了使模型是有用的,而存在着复杂化与简单
化这一矛盾。因此,建模的关键要从整体最优的角度综合加以考虑。
模型的表现形式是多种多样的。例如,进化论是地球上生命演化的模型;以图形或表
格的形式来表现被控对象特性的图表模型;描述电力系统动态特性常用物理模型;用数学
结构的形式来描述被控对象基本特性的数学模型等。
数学模型
数学模型是研究事物性质的一种抽象的工具,不同的事物可能是同一个数学模型,它
是描述实际系统各个物理量之间关系的数学表达式。常用的数学表达式有代数方程、微分
方程和差分方程等。数学模型的应用极为广泛,它是分析、设计、预报、控制和故障诊断
一个实际系统的基础。
数学模型主要有以下三个方面的用途:
(1)用于分析、设计和控制实际系统。一般工程上在分析和设计一个系统时,先要
进行计算机仿真实验和物理仿真实验,最后再进行工业实验。利用计算机数字仿真或计算
机辅助设计(CAD)比物理仿真简单易行,投资费用也少,这是目前广泛采用的方法。利
用数字仿真或CAD来分析和设计一个系统时,必须要有一个描述该实际系统的数学模
型。
用现代控制理论设计控制器的关键是要有一个数学模型(状态方程或输入输出方程)。
以数学模型为基础,根据极大值原理、动态规划、反馈、解耦、极点配置、自适应控制和
智能控制等方法,设置各种各样的控制器。
(2)用于预报实际系统的物理量。在分析和研究实际系统时,经常需要知道一些物
理量的数值。但是,其中有些量事先无法测量或者测量不准,因此,就要建立数学模型来
预报这些物理量。实际系统变量的未来值都是测量不到的,例如未来的天气、电力负荷、
人口以及产品销售量等。
(3)用于实际系统的故障诊断。某些重要生产装置一旦发生故障,会引起整个生产
过程瘫痪。为此,就必须对这些生产装置在故障出现时,迅速报警,尽快确定出故障源,
为下一步决策提供依据,使生产过程可靠地进行工作。故障是指动态系统中部分环节功能
失效导致整个系统性能变坏。故障检测与分离的任务是指出故障是否发生和确定故障源。
基于数学模型的故障检测与分离技术就是利用系统辨识的方法来确定故障源。
对于同一个实际系统,我们可以根据不同的用途建立不同的数学模型。在分析、设计
实际系统和预报实际物理量时,要使用精确的数学模型,而作为控制用的数学模型可以不
必很精确,尤其是在设计具有自适应控制器时,就可用较粗略的数学模型。
数学模型可以分为很多类型。例如,静态模型和动态模型,线性模型和非线性模型,
定常系统模型和时变系统模型,单变量系统模型和多变量系统模型,连续时间模型和离散
时间模型,输入输出模型和状态空间模型,确定性系统模型和随机性模型,集中参数系统
模型和分布参数系统模型以及参数模型和非参数模型等等。线性模型是用于描述线性系统
的,线性系统的一个基本特征是满足叠加原理。非线性模型是用于描述非线性系统的,它
不满足叠加原理。严格地说,现实世界中所有的实际系统都是非线性的,纯粹的线性系统
是没有的。由于非线性模型的复杂性,因此,对非线性程度较弱的一类非线性模型线性化,
按线性系统处理。其做法是,把非线性模型在工作点附近展开成泰勒级数,略去高次项,
保留一次项,就得到近似的线性模型。由于线性模型简单,所以应用最广。静态模型是用
于描述被控对象处于稳态时的各物理量之间的关系,只考虑同一时刻被控对象各物理量之
间的关系,而不管各变量随时间的变化。静态模型都用代数方程表示。动态模型是用于描
述被控对象处于过渡过程时的各物理量之间的关系。一般地用微分方程或差分方程表示。
定常系统模型是用于描述被控对象中的参数不随时间变化的,一般用常系数线性微分方程
或差分方程表示。而时变系统模型描述被控对象的参数随时间变化,常用带有时变系数的
线性微分方程或差分方程表示。连续时间模型用微分方程描述,而离散时间模型用差分方
程表示。输入输出模型用被控对象可以量测的输入和输出来描述它的动态特性,一般情况
下,输入输出模型用于描述被控对象的运动规律,它能以外部信息来揭示被控对象的内部
实质。要注意,这类模型对被控对象动态特性的描述,有时是不完全的,会隐藏被控对象
不可控和不可观测的部分[29]。一般这种模型用微分方程或差分方程表示。状态空间模型
用于描述被控对象的动态特性,它全面而深刻地揭示被控对象动态特性的内部本质。状态
空间模型用状态方程和输出方程来表示。确定性系统是指被控对象的特性和参数是按确定
的规律而变化的,而且其输入变量(包括控制和扰动)也是按确定的规律而变化的。所以,
确定性系统模型所描述的被控对象,当被控对象的状态确定以后,其输出响应是唯一确定
的。由随机性模型所描述的被控对象,即使被控对象的状态确定了,其输出响应仍是不确
定的。通常随机性模型只能用概率统计和随机过程的理论与方法来分析和处理。在实际工
业系统中,随机性模型大量存在。集中参数系统模型是用于描述被控对象中的变量,它只依
赖于时间而不依赖于空间位置。

作者简介

目录


目录
绪论
1数学基础
1.1引言
1.2矩阵理论基础
1.2.1定义和基本运算
1.2.2方阵的行列式和逆
1.2.3对称矩阵及其正定性
1.2.4分块矩阵的行列式及其求逆公式
1.2.5矩阵(或向量)的微分运算
1.3概率论基础
1.3.1随机事件、样本空间和概率
1.3.2随机变量及其分布律
1.3.3随机变量的数字特征
1.3.4随机变量序列的收敛性
1.4随机过程
1.4.1随机过程及其分布律
1.4.2随机过程的数字特征
1.4.3平稳随机过程
2经典的辨识方法
2.1引言
2.2阶跃响应法
2.2.1由阶跃响应曲线确定一阶非周期环节的参数
2.2.2确定具有纯时延的一阶非周期环节的参数
2.2.3确定二阶环节的参数
2.3脉冲响应法
2.3.1一阶非周期环节
2.3.2二阶环节
2.4频率响应法
2.4.1由实验测定系统的频率响应(频率特性)
2.4.2由实验频率响应(频率特性)辨识传递函数
2.5相关分析法
2.5.1相关函数
2.5.2脉冲响应的辨识
2.6谱分析法
2.6.1巴塞伐尔(Parseva1)定理与功率谱表达式
2.6.2维纳-辛钦(Wiener-Khintchine)公式
2.6.3线性系统在随机输入下的响应
2.6.4相关函数和谱密度的估计
2.6.5谱分析法
2.7小结
习题和思考题
3最小二乘的辨识方法
3.1引言
3.2最小二乘估计的一次完成算法
3.2.1最小二乘估计原理
3.2.2最小二乘估计量的统计性质
3.3最小二乘估计的递推算法
3.3.1单输入-单输出系统
3.3.2多输入-多输出系统
3.4适应性算法
3.4.1渐消记忆法
3.4.2限定记忆法
3.5最小二乘估计的缺陷
3.6辅助变量法
3.6.1基本思想
3.6.2普通的辅助变量估计
3.6.3辅助变量估计的递推算法
3.7广义最小二乘法
3.7.1基本思想
3.7.2广义最小二乘松弛算法
3.7.3广义最小二乘的递推算法
3.8增广最小二乘法
3.8.1基本思想
3.8.2增广最小二乘法算法
3.9各种参数估计算法的比较
3.10递推算法的数值稳定问题
3.10.1平方根滤波算法
3.10.2UD分解算法
3.11小结
习题与思考题
4模型阶次的确定
4.1引言
4.2模型阶次的确定
4.2.1损失函数法
4.2.2F检验法
4.2.3AIC准则
4.3时延的确定
4.3.1时延的估计
4.3.2阶次和时延的联合确定
4.4小结
习题
5系统辨识中的实际问题
5.1引言
5.2模型结构的选择
5.3输入信号的选择
5.4闭环系统的辨识
5.4.1间接辨识法
5.4.2直接辨识法
5.5离线和在线辨识
5.6采样周期和试验长度的选择
5.6.1数据采样
5.6.2数据的预处理
5.6.3试验长度的选择
5.7模型检验
5.8小结
习题
6系统辨识技术应用实例
6.1引言
6.2实验室温度控制装置的建模
6.2.1实验系统
6.2.2实验设计和频率响应的辨识
6.2.3模型结构和参数估计
6.3罩式退火炉数学模型的建立
6.3.1结构与工艺要求
6.3.2飞升曲线和静特性实验
6.3.3输入信号的设计
6.3.4用单板机产生伪随机信号
6.3.5实验过程
6.3.6数学模型的确定
6.4电弧炉电极调节系统的建模
6.4.1电弧炉结构与工艺要求
6.4.2系统模型
6.4.3数据采集及模型阶次和时延的确定
6.4.4参数估计
6.5小结
思考题与习题
附录A几种参数估计算法的程序
附录BF分布表
参考文献

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