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出版者:北京理工大学出版社

作者:丁志杰

出品人:

页数:448

译者:

出版时间:2007-9

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787564009595

丛书系列:

图书标签:

• 计算机技术
• 教材
• 2011
• 数字电路
• 电路分析
• 逻辑设计
• 计算机组成原理
• 电子技术
• 嵌入式系统
• FPGA
• VHDL
• Verilog
• 数字系统设计

智能控制系统设计与应用 一、书籍概述与定位 本书是一本面向电子工程、自动化、计算机科学及相关交叉学科领域本科高年级学生、研究生以及一线工程师的专业技术著作。本书旨在系统、深入地介绍现代智能控制理论与技术的核心概念、设计方法和工程实践应用。 本书的重点在于构建一个完整的智能控制技术知识体系，从传统的控制理论基础出发，逐步过渡到现代人工智能技术在控制领域的前沿应用，强调理论与实践的紧密结合。我们不关注数字电路的底层逻辑实现，而是聚焦于如何利用高级算法和系统思维来处理复杂动态系统的控制难题。 二、内容结构与章节详述 全书共分为七大部分，二十章，辅以大量的案例分析和仿真验证。 第一部分：现代控制系统基础回顾与挑战 (约占全书15%) 本部分首先简要回顾了经典控制理论（如PID控制、根轨迹、频率响应分析）的局限性，为引入智能控制思想奠定基础。重点探讨了非线性系统、时变系统、高维复杂系统的建模困难以及传统方法在处理不确定性和环境变化时的脆弱性。 第一章：复杂系统建模的挑战： 强调物理模型获取的难度与不确定性对控制性能的影响。 第二章：现代控制理论的局限性： 分析状态空间法、最优控制在处理强非线性和参数漂移问题时的不足。 第二部分：模糊逻辑控制理论 (约占全书20%) 本部分深入探讨了如何利用人类的经验知识和语言描述来构建控制器，即模糊逻辑控制（FLC）。这部分内容完全聚焦于基于规则和隶属度的系统设计，与硬件逻辑门电路无关。 第三章：模糊集合论基础： 隶属度函数、模糊数的定义与运算，为模糊推理奠定数学基础。 第四章：模糊推理系统（FIS）的构建： 模糊化、模糊推理（Mamdani和Sugeno模型）和反模糊化（质心法、平均法）。 第五章：自适应模糊控制与混合系统： 介绍如何将模糊逻辑与传统控制（如PID）相结合，实现对系统参数变化的鲁棒性。 第三部分：人工神经网络与深度学习在控制中的应用 (约占全书25%) 本部分是全书的核心之一，详细阐述了如何利用人工神经网络（ANN）强大的函数逼近能力来解决控制问题，特别是面向高维、强非线性的系统。 第六章：基础神经网络结构与训练算法： 反向传播（BP）算法、梯度下降法及其在系统辨识中的应用。 第七章：径向基函数网络（RBFN）与系统辨识： RBFN在快速学习和局部逼近方面的优势及其在状态估计中的应用。 第八章：循环神经网络（RNN）与长短期记忆网络（LSTM）在时间序列预测中的应用： 重点讲解LSTM如何用于预测复杂动态系统的未来状态，辅助前馈控制。 第九章：卷积神经网络（CNN）在特征提取中的角色： 探讨如何使用CNN从传感器数据（如图像、振动信号）中提取有意义的控制特征。 第四部分：智能优化算法与在线调参 (约占全书15%) 本部分关注如何利用仿生学算法来寻找最优的控制参数，或克服传统优化方法陷入局部最优的问题。 第十章：遗传算法（GA）的基本原理： 编码、选择、交叉和变异操作在优化控制器增益时的应用。 第十一章：粒子群优化（PSO）算法在系统辨识中的性能提升： 比较GA与PSO在搜索空间探索效率上的差异。 第十二章：模拟退火（SA）与蚁群优化（ACO）在路径规划与调度中的应用。 第五部分：基于模型的智能控制：强化学习 (约占全书15%) 强化学习（RL）是现代控制领域的前沿，本部分重点介绍智能体如何在与环境的交互中学习最优控制策略。 第十三章：马尔可夫决策过程（MDP）基础： 状态、动作、奖励函数的设计原则。 第十四章：值迭代与策略迭代： 动态规划方法在求解离散RL问题中的应用。 第十五章：深度Q网络（DQN）与策略梯度方法（如REINFORCE）： 探索深度学习在RL中的集成，实现连续动作空间的高效控制。 第六部分：智能控制系统的鲁棒性与安全性 (约占全书5%) 智能算法引入后，如何保证控制的稳定性和安全性是工程化的关键。 第十六章：模糊神经网络的稳定性分析： 引入Lyapunov稳定性理论来验证神经模型的收敛性。 第十七章：安全约束的集成： 如何在RL框架中引入硬约束（如碰撞避免），确保系统运行在安全范围内。 第七部分：工程案例分析与展望 (约占全书5%) 本部分通过具体的工程实例，展示如何整合上述技术构建完整的智能控制系统。 第十八章：高精度机械臂的轨迹跟踪案例： 结合RBFN进行误差补偿和PSO进行参数在线优化。 第十九章：复杂工业过程的自适应控制案例： 采用Sugeno模型进行故障诊断和控制切换。 第二十章：未来展望： 探讨联邦学习在分布式控制中的潜力和可解释性AI（XAI）在智能控制中的重要性。 三、本书特色与读者对象 本书的特色在于其广度和深度兼具，避免了对底层电子元件的冗余描述，而是专注于算法层面和系统层面的设计哲学。 1. 算法驱动： 聚焦于如何设计、训练和验证智能算法，而非具体的电路实现细节。 2. 跨学科融合： 完整覆盖了模糊逻辑、神经网络、进化计算和强化学习四大主流智能控制分支。 3. 工程导向： 每一章后的案例均提供了MATLAB/Simulink或Python/PyTorch的仿真代码实现框架，便于读者验证和二次开发。 本书特别适合于： 控制科学与工程、自动化、机电一体化等专业的在校学生。 希望将AI技术应用于实际动态系统控制的研发工程师。 从事机器人、航空航天、过程控制等领域的研究人员。 本书期望帮助读者从“如何让元件工作”的层面，提升到“如何让系统智能决策”的更高层面，掌握解决未来复杂工程问题的核心能力。

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坦白讲，我原本对这类技术书籍是抱有抵触情绪的，总觉得它们离实际工作太远，充满了晦涩难懂的术语和公式。然而，这本书成功地颠覆了我的看法。它的叙事节奏把握得极其精准，既没有为了追求深度而牺牲广度，也没有为了追求易懂而流于肤浅。最让我印象深刻的是，作者在介绍组合逻辑电路时，并没有急于抛出复杂的芯片手册参数，而是花了大篇幅去讨论设计优化的思想——如何用最少的资源实现最可靠的功能。这种“设计哲学”层面的探讨，远比单纯的知识罗列要来得有价值。书里关于竞争与冒险现象的分析尤其精彩，作者没有止步于现象描述，而是深入探讨了其产生的根本原因以及几种工程上常用的抑制方法，每一个分析都鞭辟入里。我甚至能感受到作者在字里行间透露出的那种对电子设计严谨性的执着追求。阅读过程中，我经常会停下来，对照着书中的图表，在草稿纸上快速推演几遍，每一次推演都能加深我对稳定性和同步性的理解。这本书的深度足以让经验丰富的老工程师感到一丝慰藉，同时其清晰度也足以让新手感到鼓舞。

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这是一本能让人产生“沉浸式学习体验”的著作。我通常阅读技术书籍容易走神，但这本书的章节组织结构似乎具有某种魔力，让人忍不住想一口气读完下一个部分。它不仅仅是在传授知识，更像是在讲述一个不断演进的电子世界的发展史。我特别欣赏作者对不同逻辑系列——比如TTL和CMOS——的比较分析。他不仅对比了它们在功耗和速度上的差异，更深入剖析了它们背后的半导体工艺原理对宏观电路特性的影响。这种自上而下的讲解方式，极大地拓宽了我的知识边界。书中的实验案例设计得极具启发性，它们不是那种教科书式的、一眼就能看出答案的简单练习，而是需要读者动脑筋去思考如何用已学知识去解决一个小小的工程难题。例如，书中关于异步电路去抖动的处理方法，描述得细致入微，包含了硬件和软件（如果涉及到微控制器）两个层面的考量。读完之后，我感觉自己不再是孤立地看待一个又一个元器件，而是开始用一个系统设计者的眼光去审视整个电路的性能和局限性。这本书的价值，在于它教会了我“思考”如何设计，而非仅仅是“如何连接”。

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这本书简直是为我量身定做的，尤其是对于一个刚接触电子工程领域的新手来说。我一直觉得那些理论性的教材枯燥乏味，读起来就像在啃石头，但这本书完全不是那种感觉。它用一种非常直观、生动的方式来讲解那些复杂的逻辑门、布尔代数和时序电路。作者似乎非常了解我们初学者的痛点，总能在最关键的地方给出恰到好处的类比和图示。比如，讲到触发器的工作原理时，它竟然用到了一个日常生活中很常见的“开关水龙头”的比喻，瞬间就让我明白了什么是“状态保持”。我特别喜欢它对卡诺图的讲解，那种逐步简化的过程，清晰得就像在看一部制作精良的教学动画片，每一步的逻辑推导都毫不含糊。而且，书中的实例设计得非常巧妙，不是那种脱离实际的空中楼阁，而是贴近实际应用场景，让我感觉学到的知识是真正能派上用场的。读完前几章，我对整个数字系统的基础架构有了一个全新的认识，那种“豁然开朗”的感觉，真的太棒了。这本书的排版也做得很好，重点突出，阅读起来一点都不费劲，强烈推荐给所有想入门这个领域的朋友们！

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我是在一个高压的考试周背景下接触到这本书的，原本以为要花很多时间才能啃完。但这本书的结构设计，竟然让我效率奇高。它对存储器结构的阐述尤其出色，从SRAM到DRAM的工作原理对比，再到Flash存储器的擦写机制，层次分明，逻辑清晰。作者在介绍大规模集成电路时，没有停留在抽象的描述，而是融入了对VLSI设计流程的简要介绍，这极大地满足了我作为一个想了解芯片制造流程的读者的好奇心。我最欣赏它的是对对称性和冗余设计的巧妙运用。通过对不同编码校验方法的介绍，读者能清晰地理解为什么要引入奇偶校验、CRC校验等机制，以及它们在错误检测和纠正能力上的权衡。这本书的语言风格是极其务实且富有洞察力的，它没有进行任何不必要的夸张或修饰，所有的论述都建立在扎实的科学基础上。读完后，我对现代计算机硬件中数据存储和校验的精妙设计有了更深层次的敬意。这本书不仅是一本学习用书，更是一本能提升工程思维的佳作。

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说实话，市面上的很多电子类书籍，要么太偏理论，公式堆砌，让人望而生畏；要么太偏应用，只教你如何使用现成的模块，缺乏对底层原理的深挖。这本书找到了一个完美的平衡点。它对时序逻辑电路的讲解，简直是教科书级别的范本。特别是对于状态机的设计，作者用了好几个不同复杂度的例子逐步深入，从最基础的两位二进制计数器，到复杂的交通灯控制器，每一步都清晰地展现了状态转移图到实际电路图的映射过程。更让我称赞的是，书中对电路噪声和容限的讨论，这往往是初级读物会忽略的“工程细节”。作者用非常简洁的语言解释了为什么某些设计在仿真中看起来完美，但在实际硬件中却会出问题。这种对“非理想世界”的关照，体现了作者深厚的实践经验。它不像那种冷冰冰的参考手册，更像是一位资深工程师在你身边手把手地指导你，让你在学习过程中就能预见到未来可能会遇到的“坑”。这本书的阅读价值，在于它帮助我构建了一个稳固的、能够应对实际挑战的数字电路知识体系框架。

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粘锅了

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清晰，明了，不会忽略关键步骤，适合新手入门

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