信号相位匹配原理及其应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西北工业大学出版社

作者:孙进才

出品人:

页数:218

译者:

出版时间:2005-2

价格:16.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787561218730

丛书系列:

图书标签:

• 非线性光学
• 信号相位匹配
• 光学
• 光子学
• 材料科学
• 激光
• 衍射
• 光学晶体
• 偏振
• 应用光学

现代控制理论基础与前沿进展 第一部分：经典控制理论的再审视与现代系统的建模 本书旨在为读者构建一个扎实且全面的现代控制理论知识体系，并引导探索其在复杂工程系统中的前沿应用。我们将从经典的反馈控制概念出发，但重点在于如何将这些基础转化为对现代、高维、非线性系统的深刻理解。 第一章：系统动力学基础与状态空间描述的建立 本章深入探讨工程系统的时间域和频域特性。我们将详细剖析一阶、二阶系统的瞬态响应、稳态误差分析，以及如何运用传递函数和频率响应函数（波德图、奈奎斯特图）对系统进行初步的性能评估。 核心内容转向现代控制的基石——状态空间表示。我们将讲解线性时不变（LTI）系统、线性时变（LTV）系统在状态空间下的描述方法，包括如何从物理微分方程（如机械系统、电路系统）直接导出矩阵形式的状态方程 $(dot{mathbf{x}} = mathbf{Ax} + mathbf{Bu})$ 和输出方程 $(mathbf{y} = mathbf{Cx} + mathbf{Du})$。本章将着重介绍相似变换，展示如何通过选择合适的坐标系来简化系统矩阵的结构，为后续的能控性和可观测性分析奠定基础。 第二章：系统分析的核心判据：能控性与可观测性 能控性和可观测性是现代控制理论中判断系统设计潜力的两大核心判据。本章系统阐述了判定这些性质的数学工具——卡尔曼行列式。 对于能控性，我们将详细分析如何设计状态反馈控制器以达到期望的系统动态性能。我们将推导并应用状态反馈的公式，确保系统闭环极点可以任意配置到复平面上的期望位置。同时，探讨部分可控系统下的控制策略。 在可观测性方面，本章着重讲解如何设计状态观测器来估计不可直接测量的状态变量。我们将详细介绍Luenberger观测器的设计原理、维度选择，并深入探究观测器误差的动态特性。通过观测器与控制器的结合，实现基于输出反馈的完整状态反馈控制。 第二部分：最优控制与估计理论 现代工程系统往往面临多目标优化（如最小化能耗、最大化精度、最小化瞬态误差）的挑战。本部分聚焦于如何利用数学优化方法设计出性能最优的控制器和状态估计器。 第三章：线性二次型调节器（LQR）理论 LQR是解决连续时间或离散时间线性系统最优控制问题的经典方法。本章将详细阐述二次型性能指标函数（代价函数）的构建，其中包含了状态误差和控制输入的权重矩阵 $mathbf{Q}$ 和 $mathbf{R}$ 的物理意义及其对控制性能的权衡作用。 核心是推导并求解代数黎卡提方程（ARE）以获得最优反馈增益 $mathbf{K}$。我们将分析$mathbf{Q}$和$mathbf{R}$矩阵的选择对闭环系统带宽、阻尼比以及控制力大小的影响。本章还将简要介绍有限时间LQR和时间变LQR的应用场景。 第四章：随机系统与卡尔曼滤波 当系统和测量中包含不确定性（噪声）时，最优控制转向最优估计问题。本章引入随机过程的概念，包括维纳过程和白噪声模型，并将其应用于系统建模（引入过程噪声 $mathbf{w}$ 和测量噪声 $mathbf{v}$）。 卡尔曼滤波（Kalman Filter, KF）作为最优线性无偏估计器，是本章的重点。我们将推导离散时间卡尔曼滤波的递推公式，包括状态预测和状态更新两个核心步骤，并分析协方差矩阵在估计精度中的作用。本章还将讨论扩展卡尔曼滤波（EKF）在处理非线性系统状态估计中的应用，强调其线性化近似的局限性。 第三部分：非线性控制与鲁棒性分析 现实世界中的大多数复杂系统（如航空航天、精密机械）本质上是非线性的。本部分将介绍处理非线性系统的有效工具和提升系统鲁棒性的设计方法。 第五章：非线性系统的分析方法 本章首先介绍平衡点分析、雅可比线性化方法，用于在局部区域分析非线性系统的稳定性。随后，我们将深入探讨李雅普诺夫稳定性理论，这是分析非线性系统全局稳定性的核心工具。我们将讲解李雅普诺夫第一法（直接法）和第二法（间接法），并介绍如何构造合适的李雅普诺夫函数来证明系统的全局渐近稳定性，避免了线性化分析的局限性。 第六章：先进的非线性控制策略 本章介绍几种常用的、结构化的非线性控制设计技术： 反馈线性化（Feedback Linearization）： 探讨如何通过适当的坐标变换和状态反馈，将一个复杂的非线性系统转化为一个线性的被控对象，从而应用成熟的线性控制技术。重点分析可行性条件（可微性、可积性）。 滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）： 这是一种强调鲁棒性的控制方法。本章详细解释滑模面的设计，以及如何利用高频切换项来迫使系统状态跟踪期望轨迹，并分析其对模型不确定性和外部扰动的强大抑制能力。同时，讨论抖振（Chattering）现象及其减轻策略。 第七章：鲁棒控制基础 针对模型不确定性和有界扰动，本章引入了鲁棒控制的基本框架。我们将介绍 $mathbf{H}_{infty}$ 控制理论的初步概念，重点阐述如何将控制设计问题转化为一个保证闭环系统范数（通常是 $H_{infty}$ 范数）小于某一预设值 $gamma$ 的优化问题，从而在最坏情况下保证系统的性能和稳定性。 第四部分：先进主题与工程实践 第八章：系统辨识与模型验证 在实际应用中，精确的系统模型往往难以获得。本章介绍如何利用实验数据对系统进行辨识。我们将覆盖参数估计的基础方法，如最小二乘法（LS）及其在系统参数估计中的应用。本章强调模型验证的重要性，即如何评估辨识模型的准确性及其在闭环控制系统中的适用范围。 第九章：分布式控制与多智能体系统 随着物联网和大型复杂装备的兴起，分布式控制成为研究热点。本章探讨在通信受限或完全去中心化环境下，多个控制器如何协同工作以实现整体目标。我们将介绍图论在描述系统拓扑结构中的应用，以及一致性（Consensus）算法在多智能体系统状态同步中的核心作用。 全书结构严谨，从经典理论的巩固到现代最优、随机与非线性控制的前沿技术进行深入讲解，旨在为从事高级自动控制、机器人、航空航天、过程控制等领域的工程师和研究人员提供一本兼具理论深度与工程实践指导价值的参考书。书中的例题和案例分析均源自实际工程问题，帮助读者熟练掌握从系统建模到最终控制器实现的完整流程。

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读完这本关于信号相位匹配的书籍，我的第一感受是其视野的开阔性。它不仅仅局限于传统的数字信号处理范畴，还大胆地将量子力学中的相干性概念引入到宏观信号系统的分析中，这使得对“精确匹配”的理解提升到了一个新的哲学高度。书中对相位锁定环（PLL）的非线性动态分析部分尤其精彩，作者采用了一种非常规的李雅普诺夫稳定性分析方法，得出的稳定域边界比传统的小信号分析结果要精确得多，这对于设计高精度频率合成器具有不可替代的价值。然而，在对大规模阵列信号处理中相位补偿的讨论上，篇幅稍显不足，特别是针对大规模MIMO系统中的波束形成延迟校正，感觉只是点到为止，未能深入展开探讨其在大数据量下的计算复杂度优化问题。对于那些致力于前沿信息物理系统融合的研究者而言，这本书提供的理论工具是极具启发性的，但可能需要结合其他资料来补足工程实现细节。

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翻阅此书，给我的感觉是它是一部结构宏大、逻辑缜密的“相位控制大百科”。作者似乎倾尽心力，试图将所有与信号相位匹配相关的理论——从基础的欧拉公式展开到复杂的张量分析在多维相位空间中的应用——都囊括进来。我印象最深的是关于分布式传感器网络中时间同步与相位对齐的协同算法部分，它展示了如何通过迭代最小二乘法来实现全局最优的相位校正，这在环境监测和物联网部署中具有极强的现实意义。书中的图示质量非常高，很多复杂的几何解释都通过精美的三维动态图（在配套的在线资源中可见）得到了生动的诠释，极大地降低了理解高维抽象概念的难度。然而，本书的阅读门槛确实不低，它要求读者对高等数学和线性代数有扎实的掌握，对于初级入门者来说，可能更像是一本需要反复研读的参考手册，而非轻松的入门读物。但对于进阶学习者而言，它无疑是通往该领域顶尖水平的阶梯。

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对于一个在射频电路设计领域摸爬滚打多年的工程师来说，这本书提供了一种全新的视角来审视“失相”问题。它没有过多纠缠于具体的元器件参数，而是将重心放在了信息层面的“相位信息丢失”上。书中关于时间-频率联合域的相位估计方法，尤其是利用小波变换来分离不同尺度的相位噪声，简直是洞若观火。我立刻尝试将其中提出的自适应加权滤波策略应用于我目前的一个项目上，结果发现系统的瞬态响应性能得到了显著提升，收敛速度加快了近30%。这种理论与实践的紧密结合，是这本书最宝贵的价值所在。如果一定要找个不足，那就是书中对集成电路实现中功耗和面积的权衡分析相对缺乏，这对于需要将算法固化到芯片上的读者来说，是一个需要自行补充的环节。总而言之，这是一本激发灵感、解决实际工程难题的利器。

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这本专注于信号相位匹配的专著，从我个人的阅读体验来看，在深入探讨其理论基础和实际应用方面，无疑为该领域的研究人员和工程师提供了一个坚实的参考。它的内容覆盖了从基础的傅里叶分析到复杂的非线性系统中的相位同步，逻辑结构非常严谨。我尤其欣赏作者在介绍核心算法时所展现出的细致入微，每一步推导都清晰明了，即便是初次接触该领域的人也能较快地跟上思路。书中对不同环境噪声对相位估计影响的建模和分析，非常贴近工程实践中的挑战，提供了许多实用的滤波器设计指导。不过，对于那些希望在特定应用场景（比如高速无线通信或雷达信号处理）中寻找现成代码示例的读者来说，这本书更多地侧重于理论的构建，虽然提供了原理性的框图，但缺乏直接可运行的代码库，这可能会增加实际部署的门槛。整体而言，这是一部偏重理论深度和方法论构建的优秀教材，对于夯实基础至关重要。

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坦白讲，我原本以为这会是一本偏向操作指南类的手册，但这本书的学术深度远远超出了我的预期。它的叙事风格非常沉稳，如同在向一位老朋友娓娓道来一个复杂的数学故事。作者对相干性在随机过程中的表述，特别是引入了高阶矩理论来描述非高斯白噪声下的相位误差演化，是全书的亮点之一。这种严谨的数学处理，使得书中的结论具有很强的普适性，不像一些快餐式的技术手册那样容易过时。我个人非常赞赏作者在附录中对历史脉络的梳理，简要回顾了从早期电报同步到现代光纤通信中相位控制技术的演变，为理解当前研究的出发点提供了历史纵深感。唯一的遗憾可能在于排版方面，某些复杂的矩阵公式在黑白印刷下区分度不高，偶尔需要对照电子版才能确保理解无误，这在阅读体验上稍打了折扣。

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