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出版者:

作者:马养武

出品人:

页数:306

译者:

出版时间:2003-3

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787308022323

丛书系列:

图书标签:

• 光电子学
• 光物理
• 半导体
• 光学
• 电子学
• 材料科学
• 激光
• 光电器件
• 信息技术
• 物理学

好的，以下是一份关于《现代控制理论及其应用》的图书简介，严格遵循您的要求，不提及《光电子学》的内容，力求详实、自然，避免AI痕迹。 --- 现代控制理论及其应用 ——面向复杂系统设计与智能优化的前沿指南 第一版 导言 在当今科技高速发展的时代，从精密制造的机器人手臂到跨越大陆的通信网络，从能源系统的稳定运行到复杂的生物医药过程，所有工程系统的核心挑战都离不开“控制”二字。本书《现代控制理论及其应用》旨在系统、深入地介绍和剖析现代控制理论的基石、前沿进展及其在实际工程问题中的应用策略。它不仅面向控制科学、自动化、电子信息工程等专业的高年级本科生和研究生，也为致力于系统建模、状态估计、优化设计及智能决策的工程师和研究人员提供一本全面且实用的参考手册。 本书的编写立足于严谨的数学基础，同时强调理论与实践的紧密结合，力图搭建起从抽象数学模型到具体工程实现的桥梁。我们相信，对控制系统本质的深刻理解，是实现高精度、高鲁棒性、自适应性系统的关键。 --- 第一部分：理论基石与经典回顾 本部分重点梳理现代控制理论建立的基础框架，为后续的复杂理论学习打下坚实的基础。 第1章 线性时不变（LTI）系统的状态空间表示 本章首先回顾了控制理论从经典的传递函数（频域）视角向状态空间（时域）视角的深刻转变。详细阐述了如何将高阶微分方程系统转化为标准的一阶状态空间模型 $dot{mathbf{x}} = mathbf{Ax} + mathbf{Bu}$ 和 $mathbf{y} = mathbf{Cx} + mathbf{Du}$。重点分析了系统的可控性和可观测性的严格数学判据（如卡尔曼判据），这是设计有效控制器和观测器的先决条件。此外，还探讨了相似变换在保持系统物理特性的同时，将系统矩阵对角化或约旦标准型化的重要性。 第2章 系统的稳定性分析与李雅普诺夫方法 稳定性是控制系统的生命线。本章深入探讨了李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性理论。除了回顾经典的Routh-Hurwitz判据外，本书的核心篇幅聚焦于李雅普诺夫直接法，即通过构造合适的二次型或非二次型李雅普诺夫函数来判断非线性、甚至不稳定系统的全局或局部稳定性。详细讨论了李雅普诺夫稳定性定理的若干变体，并展示了如何利用此理论来验证控制器的稳定性，例如在Backstepping设计中的应用。 第3章 线性系统的极点配置与可达性设计 极点配置（Pole Placement）是状态反馈控制设计的核心技术。本章详细讲解了通过状态反馈 $mathbf{u} = -mathbf{Kx}$ 来重构系统闭环特征多项式的方法。对于完全可控系统，本章提供了具体的设计流程和数值计算方法。在此基础上，引入了输出反馈控制的设计思想，并探讨了如何利用极点配置与观测器结合的分离原理（Separation Principle），即设计状态观测器与状态反馈控制器相互独立进行，但共同作用于系统。 --- 第二部分：状态估计与最优控制 随着传感器技术的发展和对系统性能要求的提高，状态估计和性能最优性的追求成为现代控制研究的两大支柱。 第4章 状态观测器的设计：从卡尔曼到Luenberger 本章着重于在系统状态无法直接测量时，如何利用系统的输入和输出信息来估计内部状态。首先详细介绍了Luenberger观测器的设计原理，并分析了其对模型误差和噪声的敏感性。随后，本书的重点转向卡尔曼滤波（Kalman Filtering）。卡尔曼滤波作为最小均方误差（MMSE）的最佳线性无偏估计器，其理论推导（包括状态预测和更新两个步骤）被详尽阐述。同时，本书探讨了扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在处理非线性系统状态估计中的应用与局限性。 第5章 线性二次型调节器（LQR） LQR是现代控制理论中实现“最优控制”的里程碑。本章系统性地介绍了二次型性能指标函数的构建，即如何平衡控制输入的幅度和状态误差的大小。核心内容是求解代数黎卡提方程（ARE）以获得最优反馈增益 $mathbf{K}^$。本书提供了ARE的数值求解算法，并深入分析了LQR的根轨迹性质、对系统参数变化的鲁棒性，以及如何通过调整权重矩阵 $mathbf{Q}$ 和 $mathbf{R}$ 来精细化控制性能。 第6章 随机系统与H∞控制 面对真实世界中的不确定性和外部扰动，本章引入了随机过程理论，特别是维纳过程和白噪声。基于这一基础，系统推导了离散时间卡尔曼滤波器。随后，本书转向性能的鲁棒性设计，详细介绍了H∞控制理论。H∞控制的目标是最小化系统对已知界限内外部扰动的最大影响（即$mathcal{H}_infty$范数最小化）。本章重点讲解了求解三角不等式以获得状态反馈或输出反馈的 $mathcal{H}_infty$ 控制器的方法。 --- 第三部分：非线性系统与先进控制方法 现代工程系统（如飞行器、生化反应器）的数学模型往往具有显著的非线性特征。本部分聚焦于处理这些复杂系统的现代技术。 第7章 非线性系统的分析与近似 本章首先介绍了非线性系统分析的基础工具，如相平面法和描述函数法，用于定性分析低阶系统的动态行为。随后，重点阐述了局部线性化技术（泰勒级数展开），这是将非线性系统映射到LTI框架下的关键步骤。此外，还深入探讨了李雅普诺夫间接法和全局李雅普诺夫法在非线性稳定性分析中的强大作用。 第8章 反步法（Backstepping）设计 反步法是设计非线性系统全局稳定控制器的强大工具之一。本章采用“虚拟控制量”的迭代方式，从系统的最后一部分状态开始，逐步设计控制器，确保每一步的引入都能维持系统的全局稳定性。本书通过详细的算例，清晰地展示了反步法如何处理复杂的串联形式的非线性系统，并讨论了其在处理高阶系统时的复杂性。 第9章 智能控制与自适应系统 本部分展望了控制科学的前沿交叉领域。首先介绍了神经网络控制的基础结构，特别是如何利用神经网络的泛化能力来逼近未知的系统动态或控制律。其次，重点讨论了自适应控制的核心思想——控制器参数在线调整以应对模型不确定性或系统发生缓慢变化的情况。详细解析了基于模型的参考自适应控制（MRAC）的设计原理及其收敛性证明。 --- 第四部分：复杂系统与工程实现 第10章 离散时间系统与数字控制 随着数字信号处理器（DSP）的普及，数字控制已成为主流。本章将连续时间系统转换为离散时间系统（Z变换），详细分析了零阶保持器（ZOH）对系统动态的影响。重点讲解了Tustin变换（双线性变换），并探讨了在数字实现中必须考虑的量化误差和采样周期的限制对系统稳定性和性能的影响。 第11章 鲁棒控制与模型预测控制（MPC） 面对模型误差和外部未知的时变扰动，鲁棒控制提供了一种保证性能下限的策略。本章回顾了$mu$分析和结构化奇异值等工具。最后，本书将大量篇幅用于介绍模型预测控制（MPC）。MPC作为一种先进的、具有内置约束处理能力的反馈控制策略，它通过在每个采样时刻求解一个有限时域的最优控制问题来实现前馈和反馈的结合。本书提供了MPC的算法流程、约束处理方法（线性与非线性约束），并展示了其在过程控制和能源管理中的实际应用案例。 --- 总结 《现代控制理论及其应用》致力于提供一个从基础原理到尖端应用的完整知识体系。本书的特点在于其严谨的数学推导、丰富的工程案例分析以及对前沿技术（如MPC和自适应控制）的深入剖析，确保读者不仅能“会用”这些工具，更能深刻理解其“为何有效”和“如何改进”。掌握本书内容，即是掌握了应对二十一世纪复杂工程挑战的核心钥匙。

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我必须承认，我最初购买这本《电路分析：从基础到系统》是带着一丝怀疑的，因为市面上电路书太多了，大同小异。然而，这本书的独特之处在于它对“系统思维”的强调。作者似乎并不急于让你记住基尔霍夫定律，而是先花了大量篇幅建立起对“控制”和“反馈”的直觉理解。他将电路理论与信号处理的概念巧妙地融合在一起，使得戴维南等效电路的推导不再是孤立的数学操作，而是在描述一个特定输入-输出关系下的“系统模型”。书中的习题设计尤其出色，它们不再是简单的数值计算，而是更多地引导你去分析一个滤波器或放大器的实际性能指标，比如带宽、相位裕度等。这彻底改变了我对电路这门学科的看法——它不是关于电阻电容的堆砌，而是关于信息如何在网络中流动和被塑造的过程。通过这本书，我第一次真正理解了为什么我们需要复频域分析，以及它如何极大地简化了瞬态响应的求解。对于那些希望从“会做题”迈向“会设计”的电子工程专业的学生来说，这本书无疑是蜕变的关键钥匙。

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哇，这本书真是让我大开眼界！我原本以为我对这个领域已经有些了解，但读完这本《量子力学基础》后，才发现自己之前的认知有多么肤浅。作者的叙述方式非常独特，他没有直接堆砌复杂的数学公式，而是通过一系列精妙的物理图像和思想实验，将那些抽象的概念变得触手可及。特别是关于波粒二象性的那几章，简直是教科书级别的阐释，让我对微观世界的本质有了更深层次的理解。书中的例子选取也极其考究，从最经典的双缝干涉到现代的量子纠缠，逻辑链条清晰，层层递进，即便是初学者也能跟上作者的思路，并且在阅读过程中不断感受到那种“豁然开朗”的喜悦。我特别喜欢他对于哥本哈根诠释与多世界诠释的对比分析，那种严谨的学术态度和对不同观点的尊重，在当前的科普读物中实属难得。这本书不仅仅是知识的传授，更像是一次思维方式的重塑，它迫使你跳出日常经验的框架，去拥抱那个充满不确定性和奇迹的微观世界。读完后，我感觉自己的思考模式都变得更加辩证和深刻了，强烈推荐给所有对基础科学怀有好奇心的人。

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这本书，姑且称之为《天体物理学导论》，给我带来了一种前所未有的宇宙尺度上的敬畏感。它没有过多地纠缠于复杂的数值计算，而是将叙事的力量发挥到了极致。作者像一位经验丰富的老船长，带领我们穿越浩瀚的星际空间。从恒星的诞生与死亡，到星系的形成与演化，每一个章节都充满了史诗般的气息。我尤其被其中关于黑洞视界内部物理过程的描述所吸引，尽管我们无法直接观测，但作者引用的广义相对论的数学结果被转化成了极为生动、甚至是有些诗意的语言，让人在恐惧之余又充满了对未知的好奇。书中的数据和图表都经过了精心挑选，它们不仅仅是证据，更是宇宙壮丽景象的窗口。阅读过程中，我经常会停下来，望向窗外，思考我们在宇宙中的位置。这本书的价值在于它激发了读者的“大问题”意识，它教导我们如何用物理学的工具去回答那些最宏大、最根本的关于时间和空间的问题。它成功地将冰冷的物理定律与人类对未知的浪漫想象完美地结合了起来，读完后，世界观都仿佛被重新校准了一般。

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这是一本令人感到“沉重”但又无比“充实”的著作——《高级热力学与统计物理》。它的难度是毋庸置疑的，书中对熵增原理的推导和对巨大系综理论的阐述，需要读者具备扎实的微积分和线性代数基础。但正是这种挑战性，让这本书的价值凸显出来。作者对“相变”这一现象的讨论，简直是登峰造极。他不仅仅停留于朗道自由能的表述，更是深入到重整化群的视角，去解析临界指数的普适性。阅读过程中，我时常需要停下来，反复咀嚼那些公式背后的物理意义，那种在数学的严谨性中捕捉自然规律的快感，是其他许多书籍无法给予的。这本书的行文风格极其凝练，每一个句子似乎都承载了大量的知识信息，毫不拖泥带水。它更像是一本给专业人士准备的“武功秘籍”，而不是面向大众的普及读物。对于正在进行相关领域研究的人来说，这本书提供的理论框架是如此的坚固和全面，让人在面对复杂的实际问题时，能够迅速找到理论的支撑点。

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不得不说，这本《材料科学导论》的排版和插图简直是艺术品级别的享受。我平时看技术类的书籍总觉得枯燥乏味，但翻开这本书的瞬间，那种精美的SEM（扫描电子显微镜）照片和晶体结构图，立刻抓住了我的眼球。它不像其他教材那样只是简单罗列性质和应用，而是深入浅出地解释了原子排列如何决定宏观性能。比如，书中关于高分子材料的构象和弛豫过程的描述，配上了动态模拟的示意图，使得原本头疼的粘弹性概念变得直观可感。我最欣赏的是，作者在讲解每一种新材料时，都会追溯其历史背景和关键的科学突破，这让整个学习过程充满了叙事性和趣味性。它成功地架起了理论基础与工程实践之间的桥梁。读到关于陶瓷烧结的章节时，我甚至能想象出那些微粒在高温下相互作用、重构的壮观景象。这本书的深度足够支撑研究生阶段的学习，同时其流畅的文笔和丰富的视觉信息，也让本科生能够轻松入门。对于希望系统了解物质世界构成的读者来说，这本书绝对是案头必备的宝典，我已经多次翻阅其中关于相图分析的部分进行回顾了。

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