具体描述
《信息论与编码》是“十五”国家级规划教材。信息论和编码是研究信息传输和信息处理过程中一般规律和具体实现的一门应用科学，是现代信息科学和技术工程的基础理论。《信息论与编码》是在吸取了国内外经典教材的优点，结合作者教学经验的基础上编写而成。《信息论与编码》写得深入浅出，既保持理论的完整性、系统性，又概念清楚、易读好懂，同时介绍了信息论的新发展。教材主要介绍Shannon信息理论和相关的编码技术。内容包括如下11章：绪论、嫡和互信息、离散无记忆信源的无损编码、信道、信道容量及信道编码定理、率失真理论和保真度准则下的信源编码、受限系统和受限系统编码、线性分组纠错编码、循环码、卷积码、Turbo码与选代译码、多用户信息论与多用户编码。
《信息论与编码》适合作为高等院校电子信息类专业的高年级本科生和研究生教材，对于从事信息科学和技术领域工作和研究的人员也极具参考价值。
现代控制系统设计与优化：基于先进算法的理论与实践 本书导言：驾驭复杂系统的艺术与科学 在当代工程与科学领域，控制系统的设计与优化是实现自动化、提升效率和保障安全的核心技术。从精密制造机器人到广阔的航空航天系统，再到复杂的能源电网，对动态过程的精确控制和性能优化是推动技术进步的根本动力。本书《现代控制系统设计与优化：基于先进算法的理论与实践》旨在为读者提供一个全面、深入且高度实用的视角，剖析现代控制理论的最新进展及其在解决复杂工程问题中的应用。 本书超越了传统的经典控制理论框架，聚焦于那些能够有效处理非线性、不确定性、时变特性以及高维度的先进控制策略。我们深信，理解控制系统的数学本质、掌握现代分析工具，并能灵活运用前沿算法，是新一代工程师和研究人员必备的核心素养。 第一部分：现代控制理论基础的深化与扩展 本部分将快速回顾并巩固读者对状态空间表示、可控性、可观测性等基本概念的理解，随后迅速转向更具挑战性和实用性的主题。 第一章：状态空间理论的再审视与拓扑结构分析 我们详细探讨了多输入多输出（MIMO）系统的奇异性分析和约化方法。重点讲解了如何利用系统的自然模态分解（如Jordan标准型）来揭示系统内在的不稳定因素和时间响应特性。此外，对描述系统在不同坐标系下行为的变换矩阵进行了深入分析，特别是那些能够使系统矩阵对角化的相似变换及其在简化控制器设计中的作用。 第二章：线性二次型调节器（LQR）的进阶应用与鲁棒性考量 LQR以其对最优性能指标的严格定义而著称，但其在实际应用中对系统模型的精确性依赖性较强。本章深入研究了代数Riccati方程的数值求解技术，并引入了离散时间LQR（DLQR）的设计流程。更关键的是，我们引入了定量反馈理论（QFT）的初步概念，用以评估和增强LQR控制器在参数不确定性下的鲁棒性裕度。讨论了如何通过加权矩阵的选择来平衡控制能耗与状态误差之间的矛盾。 第三章：非线性系统的建模与基本分析工具 非线性是现实世界的主旋律。本章系统介绍了描述非线性动态的几种关键数学工具：李雅普诺夫稳定性理论的扩展（如间接法和直接法）、平面系统（二维）的相平面分析，以及利用泰勒级数展开进行局部线性化。特别强调了不动点分析和极限环的识别方法，为后续设计非线性控制器打下坚实的基础。 第二部分：先进控制算法的设计与实现 本部分是本书的核心，重点介绍在复杂、高维、高精度要求的控制场景中发挥关键作用的现代算法。 第四章：滑模控制（SMC）：应对不确定性的利器 滑模控制以其对外部扰动和模型不确定的内在鲁棒性而受到青睐。本章详细推导了二阶滑模的等效控制力计算过程，并深入探讨了“抖振”现象的成因。提出了改进的Super-Twisting算法和高阶滑模控制（HOSMC），旨在保留SMC的鲁棒性的同时，显著抑制高频切换带来的执行器磨损问题。针对具体应用场景，展示了滑模观测器在状态估计中的应用。 第五章：自适应控制：让系统“学习”其不确定性 当系统参数随时间变化或无法准确建模时，自适应控制成为首选。本章详述了基于标量参数估计的间接自适应控制器的设计步骤，并重点介绍了基于模型的参考自适应控制（MRAC）的Lyapunov法设计。通过严格的数学证明，论证了闭环系统的收敛性和参数跟踪误差的界限。此外，还引入了基于奇异摄动理论的快速/慢速动态分离在大型自适应系统设计中的应用。 第六章：最优控制与模型预测控制（MPC）的深化 MPC是当前工业界最流行的先进控制技术之一。本章首先从变分法和Pontryagin最小原理出发，重新阐述最优控制的理论基础。随后，将重点放在有限时间最优控制和滚动时域优化的概念上。详细分析了在线优化问题的求解器（如序列二次规划SQP）在实时性上的挑战与优化策略。我们还探讨了约束处理的技巧，包括软约束和硬约束的数学形式化，以及对预测模型误差的鲁棒MPC（RMPS）的初步介绍。 第七章：先进估计技术：卡尔曼滤波的扩展与非高斯问题 精确的状态估计是所有反馈控制的前提。本章首先回顾了标准线性卡尔曼滤波（LKF）的递推公式，并重点讲解了扩展卡尔曼滤波（EKF）在线性化误差的处理方式，以及无迹卡尔曼滤波（UKF）利用Sigma点进行更精确非线性近似的优势。此外，针对高维或极端非线性系统，引入了粒子滤波（PF）的基本原理和采样策略，展示了其在处理非高斯噪声和多模态不确定性时的潜力。 第三部分：控制系统的鲁棒性、安全与集成 本部分关注如何将理论设计转化为满足实际工程需求的、安全可靠的系统。 第八章：$mathcal{H}_{infty}$ 控制理论：面向最坏情况的性能保证 $mathcal{H}_{infty}$ 控制旨在最小化系统在所有可能外部干扰下的“最坏情况”增益，提供严格的性能保证。本章详细推导了针对加权连续时间系统的$mathcal{H}_{infty}$ 控制器的求解流程，特别是涉及两个耦合Riccati方程的求解。讨论了如何通过Bode图分析来验证设计的控制器是否满足预定的衰减水平。 第九章：混合系统与分层控制架构 许多现实系统（如交通管理、复杂制造流程）本质上是混合的——包含连续动态和离散事件。本章介绍了混合自动机（Hybrid Automata）的概念，用于描述这类系统。随后，提出了分层控制架构的构建方法，包括上层的逻辑决策层和下层的连续控制执行层，并讨论了如何利用监督控制器实现不同控制模式之间的平滑切换。 第十章：安全关键系统的设计考量与验证 在航空、医疗和核能等领域，系统的安全性至关重要。本章引入了负反馈控制器的稳定性分析的更严格工具，如二次李雅普诺夫函数的构造，以证明系统在受到特定范围内的有界扰动下依然保持稳定。讨论了故障检测与隔离（FDI）的基本框架，以及如何设计容错控制器，使其在传感器或执行器发生部分失效时仍能维持基本功能。 结语：面向未来的控制前沿 本书在最后对当前研究热点进行了展望，包括强化学习在控制中的应用（RL4C）、事件触发控制（ETC）对带宽限制系统的适应性，以及分布式与协同控制在物联网（IoT）和大规模网络系统中的必要性。 本书的编写风格注重严谨的数学推导与清晰的工程实例相结合，旨在使读者不仅知其然，更能知其所以然，从而具备设计和实现下一代复杂控制系统的能力。
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