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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:David J. Smith BSc PhD CEng FIEE FIQA HonFSaRS MIGasE.

出品人:

页数:288

译者:

出版时间:2010-12-29

价格:USD 124.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780080967813

丛书系列:

图书标签:

• 控制科学与技术
• 嵌入式
• IEC
• Expertise
• Safety Critical Systems
• Reliability Engineering
• System Safety
• Hazard Analysis
• Risk Assessment
• Functional Safety
• Software Safety
• Hardware Safety
• IEC 61508
• SIL

现代控制理论与信号处理：系统优化与智能决策的基石 图书名称： 现代控制理论与信号处理：系统优化与智能决策的基石 内容简介： 本书深入探讨了现代控制理论与数字信号处理领域的核心概念、前沿技术及其在复杂工程系统中的实际应用。全书结构严谨，内容覆盖面广，旨在为读者提供一套全面而深刻的理论框架与实用工具集，以应对当前工程实践中对系统高性能、高可靠性以及智能化决策的迫切需求。 第一部分：现代控制理论基础与系统建模 本部分首先回顾了经典控制理论的局限性，引出状态空间法在描述高维、多输入多输出（MIMO）系统时的优势。我们详细阐述了线性时不变（LTI）系统的状态空间表示、能控性与能观测性分析，并引入了李雅普诺夫稳定性理论作为判断系统固有稳定性的重要工具。 随后，内容转向非线性控制系统的分析与设计。我们重点剖析了李雅普诺夫稳定性理论在非线性系统中的应用，包括直接法和间接法。引入了李雅普诺夫函数的设计技巧，并探讨了鲁棒稳定性的概念，为后续鲁棒控制器的设计奠定基础。此外，本书还涵盖了先进的系统辨识技术，特别是基于子空间辨识和非线性辨识（如Volterra级数、NARMAX模型）的方法，以确保模型能准确反映物理系统的动态特性。 第二部分：经典先进控制算法与性能优化 在系统模型建立的基础上，本书的核心章节聚焦于现代控制器的设计。 最优控制： 我们从变分法和庞特里亚金最大值原理出发，系统地推导了LQR（线性二次型调节器）的设计流程，并探讨了其在轨道优化、能源管理等领域的应用。对于时间最优控制问题，本书深入讲解了Bang-Bang控制策略及其在快速响应系统中的应用，并讨论了无滑模区域的连续控制设计方法。 鲁棒控制： 面对模型不确定性和外部扰动，鲁棒控制成为保障系统可靠性的关键。本书详细阐述了$H_{infty}$控制理论，从输入输出反馈的稳定性和性能指标出发，构建了加权函数矩阵，并利用半定规划（SDP）求解最优控制器。此外，对$mu$综合分析与设计也进行了深入探讨，尤其是在结构化奇异值分析方面的应用。 自适应控制： 针对系统参数随时间变化的场景，本书介绍了基于误差模型和基于模型的自适应控制策略。重点讲解了MRAC（模型参考自适应控制）的参数自整定律设计，包括基于误差平方和最小化的设计，以及鲁棒自适应控制，以克服参数估计误差带来的不稳定性。 非线性控制进阶： 针对复杂的非线性动态，本书介绍了反步法（Backstepping）的设计流程，该方法提供了一种系统化、模块化的设计非线性稳定性控制器的途径。同时，我们也探讨了滑模控制（SMC）的原理及其在克服外部干扰和参数不确定性方面的优势，并着重分析了聊天滑模（Chattering）现象及其抑制技术。 第三部分：数字信号处理与离散系统设计 本部分将理论控制与实际的数字实现紧密结合。 信号处理基础： 系统地介绍了傅里叶分析、Z变换和拉普拉斯变换的对应关系，这是连接连续系统与离散系统的桥梁。重点讲解了离散时间系统的稳定性判据（如 Jury 判据）以及状态转移矩阵的计算方法。 数字滤波器设计： 详细介绍了IIR（无限脉冲响应）和FIR（有限脉冲响应）滤波器的设计原则。在IIR滤波器方面，阐述了双线性变换法，用于将连续域的模拟滤波器精确映射到数字域。在FIR滤波器方面，侧重于窗函数法和频率采样法，并探讨了最小均方误差（MMSE）优化设计。 离散状态空间控制： 详细阐述了如何将连续系统的状态空间模型通过零阶保持器（ZOH）转化为离散模型。在此基础上，本书讲解了离散LQR控制器的设计，以及如何将连续时间鲁棒控制器通过Tustin变换等方法转换为等效的数字控制器，确保在采样系统中的高性能表现。 第四部分：智能系统与前沿交叉应用 本部分着眼于控制理论与人工智能、大数据技术的融合。 预测控制（MPC）： 预测控制是实现高阶约束优化控制的核心技术。本书深入解析了滚动时域优化原理，详细推导了线性模型预测控制（LMPC）的二次规划（QP）求解过程，并探讨了非线性MPC（NMPC）的实现挑战与求解策略（如基于迭代线性化或准牛顿法）。 模糊逻辑与神经网络控制： 探讨了模糊逻辑控制器（FLC）在处理不确定性和专家知识融入方面的优势，并讲解了基于规则库和隶属度函数的构建方法。在神经控制方面，重点分析了基于反向传播（BP）算法的自适应神经网络控制器设计，以及如何利用神经网络对未知非线性部分进行在线逼近。 大数据驱动的控制与诊断： 结合工业物联网（IIoT）背景，本书介绍了如何利用传感器大数据进行故障检测与隔离（FDI）。通过分析残差信号的统计特性，结合卡尔曼滤波、粒子滤波等估计方法，实现对系统早期故障的精确诊断，从而增强系统的整体安全性和运行寿命。 本书内容全面、理论深入，并配有大量的工程实例和算法推导，是控制工程、电子工程、航空航天、精密制造等领域的研究人员、工程师及高年级本科生、研究生不可或缺的专业参考资料。它不仅仅是理论的汇编，更是通向实现复杂智能控制系统的实践指南。

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《Safety Critical Systems Handbook》这本书，对于我这个对高科技领域充满好奇的人来说，简直是一场盛宴。我一直对那些隐藏在幕后，默默支撑着我们日常生活运转的复杂系统感到着迷，而这本书则像一把钥匙，为我打开了通往这个领域的大门。作者以一种极其系统和全面的方式，深入浅出地介绍了安全关键系统的设计、开发、验证和维护等各个方面。我尤其被书中关于“安全保障措施”的部分所吸引。它不仅仅是列举了各种技术手段，更是从根本上阐述了为何需要这些措施，以及它们是如何协同作用，共同构建起一道坚固的安全防线。例如，书中对“故障注入测试”和“压力测试”等验证方法的详细描述，让我得以了解工程师是如何主动地去寻找和暴露系统中的潜在弱点的，而不是被动地等待故障发生。此外，书中对“配置管理”和“变更控制”等流程性措施的强调，也让我看到了一个稳定且安全系统背后，离不开严谨的管理和规范的操作。我发现，作者在讲解过程中，并没有使用过于生涩的术语，而是用一种相对平实的语言，将复杂的概念娓娓道来，这使得即便是非专业人士，也能从中获得不少启发。这本书的排版和设计也十分用心，图文并茂，逻辑清晰，阅读起来是一种享受。

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我最近有幸拜读了《Safety Critical Systems Handbook》，这本书简直是开启了我对安全系统理解的一扇全新大门，其中的深度和广度都令人叹为观止。在阅读之前，我对安全关键系统的认知还停留在一些比较零散的概念和案例层面，总觉得缺少一个系统性的框架来整合这些知识。然而，这本书的出现彻底改变了我的看法。作者以一种极其严谨且富有条理的方式，从最基础的安全原则出发，逐步深入到复杂的系统设计、验证、确认以及生命周期管理等各个环节。每一章都好像是一个精心设计的模块，彼此之间又有着千丝万缕的联系，共同构建起一个完整且 robust 的安全体系。我尤其欣赏书中对失效模式分析（FMEA）、危险与可操作性分析（HAZOP）等核心技术方法的详细阐述，不仅仅是停留在理论层面，更是结合了大量的实际案例，通过深入浅出的讲解，让我能够真正理解这些方法的应用场景和实际操作要点。读完这本书，我感觉自己不再是被动地接受信息，而是能够主动地去思考和分析各种安全挑战，并且具备了运用专业知识去解决问题的能力。它不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，在我探索安全关键系统领域的道路上，给予了我最宝贵的指引。那些关于冗余设计、故障检测与响应机制的章节，更是让我对如何构建高可靠性系统有了前所未有的清晰认识。本书的结构设计也十分合理，章节之间的过渡自然流畅，使得整体阅读体验非常顺畅。即使是对某些复杂概念的解释，作者也总是能够找到恰当的比喻和图示，帮助读者更容易地理解和消化。我强烈推荐这本书给所有从事安全关键系统开发、设计、测试以及安全管理工作的专业人士，相信你们一定也会从中受益匪浅。

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我最近刚读完《Safety Critical Systems Handbook》，这本书给我带来的冲击远超我的预期，它让我对“安全”这个概念有了全新的认识。我之前总是习惯性地认为，安全就是避免故障，就是将错误的可能性降到最低。但这本书，让我意识到，安全不仅仅是“无错”，更是一种“容错”的能力，是一种在不可避免的错误面前，依然能够保持系统稳定运行的智慧。书中对于“故障树分析”（FTA）和“事件树分析”（ETA）等风险评估方法的深入讲解，让我得以窥探系统设计背后严谨的逻辑推演过程。我尤其欣赏作者是如何通过大量的图示和详实的例子，将这些抽象的分析方法变得生动易懂。例如，书中对于飞机起降过程中可能出现的各种连锁故障的分析，让我对系统设计的层层防护有了直观的理解。更重要的是，这本书让我明白，安全关键系统的设计，是一个持续演进的过程，它不是一次性的完成，而是需要贯穿整个生命周期，不断地进行评估、优化和改进。作者对“软件可靠性工程”和“硬件可靠性设计”的详细介绍，让我看到了支撑起整个安全体系的坚实技术基础。从代码审查到硬件冗余，再到环境测试，每一个环节都至关重要，缺一不可。这本书的写作风格非常独特，它既有技术手册的精确和严谨，又充满了对安全事业的责任感和使命感，读来让人感受到一种沉甸甸的专业力量。

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《Safety Critical Systems Handbook》这本书给我留下了极其深刻的印象，其内容之丰富，论述之详尽，着实让我感到震撼。我一直以来对航空航天、核能、医疗器械等领域的安全挑战非常感兴趣，也阅读过一些相关的文献，但很多时候都感觉停留在表面，缺乏深入的洞察。这本书则不同，它以一种近乎“百科全书”的姿态，为我系统地梳理了安全关键系统的方方面面。从最早期的概念定义，到系统需求的规格说明，再到详细的设计原则、软件和硬件的安全保障措施，以及最终的测试、验证和部署，每一个环节都被剖析得淋漓尽致。我特别喜欢书中关于“安全文化”的讨论，这一点往往在很多技术性的书籍中被忽视，但它却是构建真正安全体系的基石。作者强调了组织内部沟通、责任明确以及持续改进的重要性，这让我意识到，技术固然重要，但人的因素同样不可或缺。此外，书中对各种国际和行业安全标准的引用和解读，也为我提供了一个宝贵的参考框架，让我在面对具体项目时，能够有据可依，确保符合最严格的行业规范。我发现，作者在讲解过程中，常常会穿插一些历史上真实发生的重大安全事故的案例分析，这些案例的深刻反思，不仅增加了阅读的趣味性，更重要的是，它们成为了理论知识最好的注脚，让我更能理解为何某些安全措施至关重要，以及忽视它们可能带来的灾难性后果。这本书的写作风格也非常吸引人，语言简洁明了，但又不失学术的严谨性，逻辑清晰，层层递进，让人读来欲罢不能。

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《Safety Critical Systems Handbook》这本书，在我阅读过的所有技术类书籍中，绝对是排得上号的杰作。它不仅仅是一本关于技术操作的书，更是一本关于思维方式的书，一本关于对生命和财产安全负责的书。我一直对那些我们日常生活看似普通，但实际上却蕴含着巨大安全风险的系统感到好奇，比如我们乘坐的飞机、使用的医疗设备，以及控制我们城市的交通信号灯等等。这本书，就像一位经验丰富的向导，为我揭示了这些系统背后所付出的巨大努力和严谨的设计。我尤其被书中关于“形式化方法”的应用所震撼。在大多数人的认知中，软件的验证可能仅仅停留在测试阶段，但这本书让我看到了，通过数学的逻辑推理来证明程序的正确性，这种严谨到极致的方法，才是确保安全关键系统可靠性的终极保障。书中对各种形式化方法的介绍，以及它们如何在实际项目中得到应用，都让我大开眼界。此外，作者对“安全案例”（Safety Case）的深入解读，也让我看到了如何将复杂的安全论证过程，以一种清晰、有说服力的方式呈现给监管机构和利益相关者。我发现，这本书的语言风格非常独特，它既有工程师的务实和精确，又充满了对安全事业的敬畏和责任感，读起来让人感到一种沉甸甸的专业力量。

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我最近有幸翻阅了《Safety Critical Systems Handbook》，这本书在我对安全关键系统的认知旅程中，无疑扮演了“启明星”的角色。在此之前，我对这个领域的了解，就像一个初学者面对浩瀚的星空，虽然知道它们的存在，却不知道如何去辨别，如何去理解。这本书则以一种极其系统和全面的方式，为我描绘了这片星空的全貌。作者不仅仅局限于技术层面，更是从哲学、管理和人文等多个角度，深入探讨了安全关键系统的本质。我尤其对书中关于“风险管理”的章节印象深刻。它不仅仅是列举了各种风险评估工具，更是阐述了一种主动、持续的风险管理理念，即在系统的整个生命周期中，都要时刻保持对潜在风险的警惕，并采取有效的措施来应对。书中对“可追溯性”（Traceability）的强调，也让我看到了一个良好安全管理体系的基石。从需求到设计，再到实现和测试，每一个环节都必须清晰可追，这样才能确保在出现问题时，能够迅速定位根源，并进行有效的改进。我发现，这本书的写作风格非常独特，它既有学术研究的严谨和深度，又不失工程实践的易懂和可操作性。作者善于运用各种图表和模型，将抽象的概念形象化，使得读者能够更容易地理解和吸收。

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我必须承认，在翻阅《Safety Critical Systems Handbook》之前，我对“安全关键系统”这个概念的理解，更多的是一种模糊的认知，觉得它大概就是指那些一旦发生故障就会造成严重后果的系统。然而，这本书彻底颠覆了我原有的认知，让我对这个领域有了更为全面和深刻的理解。它不仅仅是关于技术的堆砌，更是关于一种思维方式，一种对潜在风险的敬畏和对生命安全的极致追求。书中对系统安全生命周期的详细描绘，从项目启动之初的风险评估，到设计阶段的安全架构，再到开发过程中的严格验证，以及部署后的持续监控和维护，形成了一个闭环的管理体系。我印象最深刻的是关于“失效的容错性”和“故障的诊断与隔离”等章节，作者通过各种图示和理论模型，生动地描绘了系统如何在发生局部故障时，依然能够保持核心功能的安全运行，或者在最短的时间内检测到故障并将其隔离，以防止事态进一步恶化。这种对系统鲁棒性的追求，令人叹为观止。这本书也让我意识到，安全不仅仅是软件工程师的责任，它需要整个团队，甚至整个组织的共同努力。从项目经理到测试人员，再到最终的用户，每个人都在安全链条中扮演着至关重要的角色。作者在书中对不同角色的职责和协作方式的阐述，为我提供了宝贵的指导，让我知道如何在跨职能团队中有效地推动安全工作。这本书的阅读体验非常棒，虽然内容艰深，但作者总是能找到恰当的方式来解释复杂的概念，使得即便是初学者也能逐步跟上思路。

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《Safety Critical Systems Handbook》这本书，对我来说，是一次关于“信任”的深度学习。我一直以来都对那些我们生活中依赖，但又无法完全理解其内部运作的复杂系统抱有好奇，比如我们使用的智能手机、汽车的自动驾驶系统，以及支撑我们社会运转的基础设施。这本书，为我揭示了这些系统能够让我们安心使用的背后，所付出的巨大努力和精密的计算。作者以一种极其系统和全面的方式，阐述了安全关键系统设计、开发、验证和维护的各个环节。我尤其被书中关于“安全标准和法规”的部分所吸引。它不仅仅是简单地罗列了各种标准，更是深入探讨了这些标准是如何制定出来的，以及它们在保障系统安全方面所起到的至关重要的作用。书中对国际和行业安全标准的引用和解读，为我提供了一个宝贵的参考框架，让我能够站在更高的角度去审视和理解安全关键系统的设计原则。此外，作者对“独立安全评估”和“第三方认证”的强调，也让我看到了一个成熟的安全体系，离不开独立的、客观的评价和验证。我发现，这本书的语言风格非常独特，它既有工程师的严谨和精确，又充满了对安全事业的责任感和使命感，读起来让人感受到一种沉甸甸的专业力量。

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我最近有幸拜读了《Safety Critical Systems Handbook》，这本书为我提供了一个极其宝贵且深入的视角来理解安全关键系统。在此之前，我对这个领域更多的是一种泛泛的了解，知道它们很重要，但具体为何重要，以及如何实现这种重要性，我并没有一个清晰的概念。这本书的出现，彻底填补了我知识上的空白。作者以一种极其严谨且系统的方式，从最基础的安全原则出发，层层递进，直至最前沿的安全技术和管理实践。我尤其欣赏书中对于“系统安全工程”的整体框架的构建。它不仅仅关注孤立的技术组件，而是将安全视为一个贯穿整个系统生命周期的、不可分割的整体。书中对“安全需求分析”的详细阐述，让我理解了为何我们需要在项目初期就明确定义系统的安全目标，以及如何将这些安全目标转化为可量化、可验证的工程要求。此外，作者对“可靠性、可用性和可维护性”（RAM）等关键指标的深入探讨，以及它们如何相互关联，共同影响系统的整体安全表现，也让我受益匪浅。我发现，这本书的写作风格非常独特，它既有学术研究的深度和严谨，又不失工程实践的务实和可操作性。作者善于运用各种案例分析，将理论知识与实际应用相结合，使得内容更加生动且易于理解。

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《Safety Critical Systems Handbook》这本书，对我而言，不啻于一次知识的启蒙和思维的洗礼。我一直对那些支撑现代社会运转的看不见的“骨骼”——那些精密、高效、且必须绝对可靠的系统——充满好奇。这本书恰恰满足了我的这份好奇，并且以一种我从未预料到的深度和广度，为我展现了这个神秘而重要的领域。作者并非仅仅罗列技术细节，而是从更宏观的视角出发，探讨了安全关键系统设计的哲学和艺术。我尤其被书中关于“人为因素”的章节所吸引。它深刻地揭示了，在任何一个复杂的系统中，人类的参与往往是最不可预测的变量，也是最容易引入错误的环节。因此，如何通过合理的设计来最大程度地减少人为失误，如何构建一个易于理解和操作的系统，让操作人员能够自信而安全地与之交互，这才是设计的终极目标。书中对用户界面设计、操作流程规范化以及操作培训的重要性进行了详尽的阐述，这些内容让我看到了安全系统不仅仅是冰冷的代码和硬件，更是与人息息相关的、充满人文关怀的产物。此外，书中对不同行业安全标准的比较和分析，也让我看到了安全关键系统设计的普适性和独特性，为我理解不同领域面临的挑战提供了宝贵的视角。我发现，这本书的语言风格非常独特，它既有学术论文的严谨，又不失工程师的务实，同时又带有一种对安全的深刻反思和人文关怀，读起来既有启发性，又充满了力量。

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