普通高等教育電氣信息類規劃教材：信號與控製基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張傢海 編

圖書標籤:

• 信號與係統
• 控製理論
• 電氣工程
• 信息工程
• 高等教育
• 教材
• 自動化
• 電路分析
• 數學建模
• 係統分析

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111234944

版次：1

商品編碼：10438428

品牌：機工齣版

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2008-05-01

用紙：膠版紙

頁數：229

字數：367000

正文語種：中文

內容簡介

《普通高等教育電氣信息類規劃教材：信號與控製基礎》的主要內容包括連續係統的時域分析，連續係統的s域分析，自動控製的一般概念，控製係統的數學模型，綫性係統的時域分析，頻域分析法，控製係統的綜閤與校正。每章均配有習題，以幫助讀者深入地進行學習。
《普通高等教育電氣信息類規劃教材：信號與控製基礎》既可作為高等學校自動控製原理課程的教材，也可作為工程技術人員自學的參考書。

目錄

前言
第1章 信號與係統概述
1.1 信號與係統的基本概念
1.2 信號的描述
1.2.1 信號的特性
1.2.2 信號的分類
1.2.3 信號的基本運算與變換
1.2.4 典型信號介紹

1.3 係統的分類
1.3.1 綫性時不變係統的性質
1.3.2 係統數學模型的形式
1.3.3 係統方程的求解方法
1.4 小結
1.5 習題

第2章 連續係統的時域分析
……
第3章 連續係統的s域分析
第4章 自動控製的一般概念
第5章 控製係統的數學模型
第6章 綫性係統的時域分析
第7章 頻域分析法
第8章 控製係統的綜閤與校正
參考文獻

精彩書摘

第1章 信號與係統概述
1.1 信號與係統的基本概念
隨著科學技術的飛速發展，信號與係統的概念極為廣泛地齣現在通信、電力電子、自動控製、圖像處理、生物醫學、政治經濟等各種領域中。從廣義上講，信號是信息的載體，而係統是信號傳輸與處理（亦即信息傳輸與處理）的過程與手段。
常見的係統有通信係統、運輸係統、控製係統、經濟係統和生態係統等，在分析它們時往往進行抽象化處理，即抽去具體係統的物理或社會含義而把它轉化為理性化的數學模型，從而使所有屬性相同係統都可以使用相同的描述和分析方法，同時把係統中運動和變化的各種量，如電流、電壓、溫度、産量等統稱為信號，這些信號一般都是隨時間變化的，其往往也抽象化成數學形式，錶示成時間的函數或序列。
係統是客觀存在的，信號是其中按一定規律運動、變化的量。它們之間的關係是信號作用於係統，係統對其進行加工、處理、變換之後發送輸齣信號，常稱係統的輸入信號為激勵（exci—tation），輸齣信號為響應（response）。係統分析的目的就是研究給定係統在已知激勵作用下所産生的響應，其相互作用關係如圖工。1.1所示。
隨著電子技術的發展與成熟，各種係統都可以用電子係統來模擬和錶示。一般稱小規模電係統為電路，中規模電係統為係統，大規模電係統為網絡。同時，電信號也成為最典型的一種信號形式，它反映瞭電壓或者電流隨時間或空間的變化關係。當其僅依賴於時間變化時稱為一維信號，如果同時依賴於時間和空間變化則稱為n維信號；當這種關係成連續變化時則將其抽象化成數學中的函數f／（t）或／f（t，x，y），而成離散變化時則錶示成序列f（k）。
稱函數或序列的圖像為信號的波形。信號波形可以從幾何上比較直觀地反映齣信號的變化趨勢和規律，數學上的函數（包括序列）與幾何上的波形是時域空間中比較常用的錶示信號的兩種方式。

前言/序言

信號與控製基礎：現代工程的基石 在我們日常生活的方方麵麵，從智能手機的響應到工業生産綫的自動化，再到航空航天器精確的飛行軌跡，都離不開一個核心的科學領域：信號與控製。它不僅是現代工程技術發展的驅動力，更是理解和塑造我們所處世界的關鍵。本書將帶您深入探索信號與控製的奧秘，揭示其背後的原理，以及如何在實際工程問題中靈活運用。 信號：信息傳遞的語言 信號是信息的載體，它們可以是連續變化的，也可以是離散的。理解信號的性質、特徵以及如何對其進行處理，是進行有效控製的前提。 信號的分類與錶示：本書將從最基礎的概念齣發，介紹不同類型的信號，如連續時間信號（例如，麥剋風捕捉到的聲音波形）和離散時間信號（例如，數字音頻播放器中的數據流）。我們將學習如何使用數學工具，如函數、序列以及傅裏葉級數和變換，來精確地描述和分析這些信號。理解信號的時域、頻域和復域錶示，將為後續的學習打下堅實的基礎。例如，時域分析幫助我們瞭解信號隨時間的變化，而頻域分析則揭示瞭信號包含的頻率成分，這對於信號濾波和去噪至關重要。 信號的運算與變換：信號並非靜止不動，它們會經曆各種運算和變換。我們將學習如何對信號進行加、減、乘、除，以及捲積、相關等基本運算。這些運算在信號處理和係統分析中扮演著核心角色。捲積運算尤其重要，它描述瞭一個綫性時不變係統對輸入信號的響應。通過理解捲積，我們可以預測任何輸入信號通過一個已知係統後産生的輸齣。 傅裏葉分析：傅裏葉分析是理解信號頻譜的強大工具。通過傅裏葉級數，我們可以將周期信號分解為一係列正弦和餘弦波的疊加；而傅裏葉變換則將任意信號分解為連續的頻率分量。這將幫助我們理解信號的“顔色”，如同音樂中的不同音符組閤成鏇律一樣。瞭解信號的頻率特性，對於設計濾波器、進行調製解調以及分析通信係統至關重要。 拉普拉斯變換與Z變換：對於更復雜的信號和係統分析，拉普拉斯變換（用於連續時間係統）和Z變換（用於離散時間係統）提供瞭更通用的方法。它們能夠將復雜的微分方程和差分方程轉化為代數方程，極大地簡化瞭係統的分析和設計過程。通過研究這些變換，我們將能夠深入理解係統的穩定性和動態特性。 控製：塑造係統行為的藝術 控製的核心在於如何通過引入乾預來改變一個係統的行為，使其按照我們的期望運行。這需要我們理解係統的動力學特性，並設計齣閤適的控製器。 係統模型：要控製一個係統，首先必須瞭解它。本書將介紹建立係統模型的各種方法，包括物理建模（基於係統動力學方程）和辨識建模（基於實驗數據）。這些模型將係統的輸入、輸齣以及內部狀態之間的關係以數學形式錶達齣來。無論是機械係統、電子係統還是生物係統，準確的模型都是有效控製的基礎。 綫性時不變（LTI）係統：許多實際係統在一定工作範圍內可以近似看作綫性時不變係統。我們將深入研究LTI係統的特性，包括其衝激響應、傳遞函數以及頻率響應。傳遞函數是用復變量s（拉普拉斯域）或z（Z域）來描述係統輸入輸齣關係的代數錶達式，它直觀地反映瞭係統的動態行為。 時域與頻域分析：對於LTI係統，我們可以從時域和頻域兩個角度進行分析。時域分析關注係統響應隨時間的變化，例如瞬態響應（係統從初始狀態達到穩態狀態的過程）和穩態響應（係統長時間運行後的狀態）。頻域分析則關注係統對不同頻率輸入的響應，例如幅頻特性和相頻特性，這對於理解係統的濾波能力和穩定性至關重要。 穩定性分析：控製係統的首要目標是穩定。本書將詳細介紹判斷係統穩定性的各種方法，如根軌跡法、奈奎斯特判據和Bode圖分析。穩定意味著係統在受到乾擾後能夠恢復到平衡狀態，而不是發散或産生不期望的震蕩。理解穩定性的概念和分析方法，是設計可靠控製器的關鍵。 反饋控製：反饋是控製的核心思想。通過將係統的輸齣信息“反饋”迴輸入端，並與期望的參考信號進行比較，控製器可以根據誤差信號來調整輸入，從而達到控製目標。本書將深入探討反饋控製的優勢，如提高係統的魯棒性（抵抗外部乾擾的能力）和精度。 經典控製理論：我們將學習PID（比例-積分-微分）控製器等經典控製方法。PID控製器因其結構簡單、易於實現且性能良好，在工業界得到瞭廣泛應用。我們將詳細解析P、I、D各部分的物理意義以及它們對係統性能的影響，並學習如何整定PID參數以優化控製效果。 根軌跡法：根軌跡法是一種圖形化的方法，用於分析反饋控製係統中開環極點的位置如何隨著控製器增益的變化而移動，從而預測閉環係統的穩定性以及瞬態響應的改變。通過觀察根軌跡在s平麵或z平麵上的分布，我們可以直觀地選擇閤適的增益以獲得期望的係統性能。 頻率響應法（Bode圖與Nyquist圖）：頻率響應法利用係統對不同頻率正弦信號的響應來分析其穩定性和性能。Bode圖（包括幅頻特性和相頻特性麯綫）和Nyquist圖提供瞭直觀的工具來評估係統的穩定裕度，並指導控製器參數的設計。這些方法在實際工程設計中非常實用。 現代控製理論概覽 除瞭經典的控製方法，本書還將簡要介紹現代控製理論的入門概念。 狀態空間方法：狀態空間方法是一種更通用的係統描述和分析方法，尤其適用於多輸入多輸齣（MIMO）係統和非綫性係統。它使用一組一階微分方程（或差分方程）來描述係統的內部狀態，並提供瞭一種強大的框架來分析係統的可控性和可觀測性。 現代控製器的設計：基於狀態空間描述，我們可以設計更先進的控製器，如狀態反饋控製器和觀測器。這些控製器能夠利用係統的全部內部狀態信息來實現更優的性能，例如更快的響應速度和更精確的跟蹤能力。 實踐應用與案例分析 理論知識的學習最終是為瞭解決實際問題。本書將結閤大量的實例，幫助讀者將所學知識應用於具體的工程場景。 通信係統中的信號處理：例如，如何設計濾波器去除噪聲，如何進行信號的調製和解調以實現有效的信息傳輸。 自動化生産綫中的控製：例如，如何設計控製器來精確控製機器臂的運動，如何保證生産綫的穩定運行。 生物醫學工程中的應用：例如，如何分析生理信號（如心電圖、腦電圖），如何設計醫療設備中的控製係統。 交通控製與優化：例如，如何利用信號係統優化交通流量，如何設計自動駕駛係統的控製策略。 通過這些案例，讀者將能夠深刻理解信號與控製原理在解決現實世界問題中的重要作用，並培養將理論知識轉化為實踐能力的技能。 學習目標 本書旨在使讀者： 掌握信號的基本概念、分類、錶示和運算方法。 理解綫性時不變係統的核心原理，包括傳遞函數、衝激響應和頻率響應。 掌握係統穩定性分析的各種方法，並理解其工程意義。 熟悉反饋控製的基本原理以及PID控製器的設計與整定。 能夠運用傅裏葉分析、拉普拉斯變換和Z變換等數學工具分析信號和係統。 初步瞭解現代控製理論的狀態空間方法。 能夠將所學理論應用於實際工程問題，並具備分析和解決相關問題的初步能力。 信號與控製是工程領域不可或缺的知識體係。掌握其基礎理論和方法，將為您的工程學習和職業發展奠定堅實的基礎，並使您能夠更好地理解和設計這個日益智能化的世界。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書在章節安排和內容遞進上，做得非常到位。作為一本“規劃教材”，它確實很好地體現瞭“規劃”的意義。從最基礎的信號錶示，到信號的運算，再到信號的分析方法（如傅裏葉變換、拉普拉斯變換），然後過渡到係統模型，最後是控製器的設計和穩定性分析，整個邏輯鏈條非常完整且緊密。我之前學習的時候，總是感覺各個知識點之間是割裂的，很難形成一個整體的認知。但是通過閱讀這本書，我發現信號分析和係統控製是緊密相連的，信號的性質直接影響著係統的設計和性能，而控製理論又是為瞭更好地處理和利用信號而産生的。這種全局性的視角，讓我對整個學科有瞭更深刻的理解。尤其讓我贊賞的是，書中對一些經典係統和控製算法的介紹，都非常貼閤實際，讓我能夠看到理論知識的實際應用價值，比如在電力電子、自動控製等領域，這些知識都可以直接派上用場，這對於我們未來就業或者進一步深造，都非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

這本書在講解方法上，可以說是彆齣心裁。我之前看過不少關於信號與控製的書，有的過於艱深，有的又過於淺顯，很難找到一個恰到好處的平衡點。這本書給我的感覺就是，它很懂我們學生的需求。它在講解每個概念的時候，都會先從一個簡單的問題或者一個直觀的例子入手，然後再逐步引齣數學模型和理論推導。這種“由淺入深”的學習方式，讓我覺得學習過程非常順暢，一點都不費勁。比如，講到Z變換的時候，作者先用一個非常形象的比喻，把Z變換類比成對離散時間信號的“變換”，然後纔一步步推導齣Z變換的定義和性質。這種方式讓我能夠更容易地理解Z變換的意義，而不是死記硬背公式。而且，書中的習題設計也非常巧妙，有概念性的問題，也有需要計算和分析的題目，覆蓋瞭各個知識點，做完之後，感覺對知識的掌握程度立刻就提升瞭一個層次。還有，書中的插圖質量非常高，很多圖都非常有代錶性，能夠直觀地展示信號的變化趨勢、係統的響應特性，這對於我們理解和記憶知識點起到瞭至關重要的作用。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格，真的是我非常喜歡的類型。沒有那種陳詞濫調的學術腔調，反而更像是老師在課堂上循循善誘地講解。我特彆欣賞作者在解釋一些復雜概念時，所使用的比喻和類比。它們非常形象生動，能夠一下子就擊中問題的核心，讓我茅塞頓開。例如，在講解采樣定理的時候，作者沒有直接拋齣公式，而是先從“信息丟失”的角度去闡述，讓我理解為什麼要進行采樣，以及采樣頻率的重要性。這種從“是什麼”到“為什麼”再到“怎麼做”的講解方式，讓我感覺學習的過程是一種探索，而不是被動的接受。而且，書中對一些重要公式的推導，都寫得非常詳細，並且解釋瞭每一步的邏輯，讓我能夠跟隨作者的思路，理解公式是如何得齣的，而不是簡單地記住結論。書中的例子也足夠豐富，涵蓋瞭不同領域的應用，讓我能夠將學到的知識融會貫通，並將其應用到更廣泛的場景中去。感覺這本書不僅僅是教材，更像是一位經驗豐富的導師，引導我們在信號與控製的海洋中航行。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，當初選這本書的時候，我有點擔心會太理論化，學起來枯燥。但事實證明，我的顧慮是多餘的。這本書的控製理論部分，真的是把我之前模糊的認識給理順瞭。從最基礎的反饋控製概念講起，到各種經典控製器的設計，比如PID控製器，都講得非常詳細，而且強調瞭它們在工程實踐中的應用場景。我印象特彆深刻的是，作者沒有僅僅停留在理論公式推導上，而是花瞭很大篇幅講解瞭不同控製參數對係統性能的影響，以及如何通過調整參數來達到最佳的控製效果。書中列舉的很多案例，都是我們電氣工程中非常熟悉的係統，比如電機調速、溫度控製等等，這些案例的分析過程，讓我能把書本上的理論知識和實際工程聯係起來，理解起來就事半功倍瞭。還有關於係統穩定性分析的部分，比如奈奎斯特判據、根軌跡法，講解得非常清晰，讓我能夠逐步掌握分析復雜係統穩定性的方法。最讓我驚喜的是，書中還涉及到一些現代控製理論的基礎知識，雖然點到為止，但足以勾勒齣一個更廣闊的視野，讓我對未來的學習充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我們這些電氣信息類專業的學生量身打造的！剛拿到的時候，就覺得裝幀很專業，沉甸甸的，一看就知道內容紮實。我之前對信號與控製這個領域一直感覺有點虛，概念多，公式雜，總覺得抓不住重點。但這本書的講解方式太有條理瞭，從最基本的信號概念講起，比如離散時間信號、連續時間信號，還有周期信號、能量信號、功率信號等等，都解釋得非常清晰，而且配瞭很多圖示，一下子就把抽象的概念具象化瞭。我最喜歡的是它把信號的分類和性質講得特彆透徹，讓我們明白為什麼會有這些分類，以及這些性質在實際應用中意味著什麼。比如，講到捲積運算的時候，一開始我看得雲裏霧裏，但作者用瞭很形象的比喻，把捲積比作“滑動相乘纍加”，並且通過幾個典型的信號捲積例子，我纔真正理解瞭這個操作的含義以及它在係統分析中的重要性。而且，書後麵關於傅裏葉變換的內容，也循序漸進，從概念到推導，再到各種變換對的性質，都講得非常到位，讓我這個之前對傅裏葉變換頭疼的學生，都覺得豁然開朗。感覺這本書不僅僅是知識的堆砌，更是在教我們如何思考，如何理解信號與係統之間的內在聯係。