信号与系统教程及实验（第2版） epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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内容简介

本书以全新的编排方式,由浅入深,循循渐进,并吸收现代计算方法介绍信号与系统的基本内容,包括:信号与系统分析的基本概念与方法;连续时间系统与离散时间系统的时域分析;连续信号的傅里叶变换与系统的频域分析;连续信号的拉普拉斯变换与系统的S 域分析;离散信号与系统的Z 变换域分析;在上述内容的基础上介绍了系统的状态空间分析方法。每章配有例题与 MATLAB仿真实验原程序。本书配有两个附录:附录 A———信号流图;附录 B———凯里-哈尔米顿定理。

本书可作为高等学校工科(理科)的自动化类、电子类、通信类和电气类学生的教材,也可供相关科研与工程技术人员自学参考。

目录

目录

第1章信号与系统概述

1.1绪言

1.2信号

1.3信号的基本运算

1.4阶跃函数和冲激函数

1.5系统的描述

1.6系统的性质

1.7LTI系统分析方法概述

习题

第2章系统的时域分析

2.1LTI连续系统的响应

2.1.1微分方程的经典解

2.1.2零输入响应和零状态响应

2.1.3冲激响应和阶跃响应

2.1.4卷积积分

2.2离散系统的时域分析

2.2.1LTI离散系统的响应

2.2.2差分方程的经典解

2.2.3零输入响应和零状态响应

2.2.4单位序列和单位序列响应

2.2.5卷积和

习题

第3章连续信号的傅里叶变换与频域分析

3.1非周期信号的傅里叶变换

3.2傅里叶变换的性质

3.3周期信号的傅里叶变换

3.3.1正弦、余弦信号的傅里叶变换

3.3.2一般周期信号的傅里叶变换

3.4采样信号的傅里叶变换与采样定理

3.4.1采样信号的傅里叶变换

3.4.2采样定理

3.5傅里叶变换的应用

3.5.1频域法求系统的响应

3.5.2无失真传输

3.5.3理想低通滤波器

3.5.4调制与解调

3.6连续信号傅里叶变换的MATLAB应用实例

本章小结

习题

第4章拉普拉斯变换和连续时间系统的S域分析

4.1拉普拉斯变换

4.2拉普拉斯变换的性质

4.3拉普拉斯逆变换

4.4拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系

4.5用拉普拉斯变换求解线性系统的响应

4.5.1微分方程的S域求解

4.5.2S域元件模型

4.6系统函数

4.6.1系统函数

4.6.2系统的联结

4.6.3系统的S域框图

4.7系统函数的零、极点分布对系统时域特性的影响

4.7.1H(s)零、极点分布与h(t)波形特征的对应

4.7.2H(s)、F(s)极点分布与自由响应、强迫响应特征的对应

4.7.3H(s)、F(s)极点分布与暂态响应、稳态响应特征的对应

4.8系统函数零、极点与系统频率响应特性的关系

4.9系统函数零、极点分布与系统稳定性的关系

4.10MATLAB仿真实现连续系统的S域分析

习题

第5章离散时间信号与系统的Z域分析

5．1Z变换

5．1．1Z变换的定义

5．1．2Z变换的收敛域

5．1．3典型序列的Z变换

5．1．4逆Z变换

5．1．5Z变换的性质

5．2离散时间系统的Z域分析

5．2．1利用Z变换解差分方程

5．2．2离散时间系统的系统函数

5．2．3系统的Z域框图

5．3离散时间系统函数与系统特性

5．3．1系统函数的零、极点分布与系统时域特性的关系

5．3．2系统函数的零、极点分布与系统频率响应的关系

5．3．3系统函数的零、极点分布与系统稳定性的关系

5．4Z变换与拉普拉斯变换的关系

5．5利用MATLAB对离散系统进行Z域分析

习题

第6章离散傅里叶变换(DFT)与频域分析

6．1离散傅里叶级数

6．1．1离散傅里叶级数的定义

6．1．2离散傅里叶级数的性质

6．2离散傅里叶变换

6．2．1四种信号及其傅里叶变换

6．2．2离散信号傅里叶变换的定义

6．2．3离散傅里叶级数(DFS)与离散傅里叶变换(DFT)的关系

6．3离散傅里叶变换的性质

6．4线性卷积的计算

6．5频率采样定理

6．5．1Z变换与DFT的关系

6．5．2不失真条件

6．5．3F(z)的内插表达式

6．6离散傅里叶变换的应用

6．7MATLAB仿真

习题

第7章系统分析的状态变量法

7.1系统的状态空间描述

7.1.1状态空间基本概念

7.1.2根据系统物理模型建立状态方程

7.1.3由系统的输入—输出方程建立状态方程

7.1.4将系统函数分解建立状态方程

7.2系统函数（传递函数）

7.2.1系统函数（传递函数）矩阵

7.2.2系统函数描述和状态空间描述的比较

7.3状态方程的求解

7.3.1线性连续系统状态方程的解

7.3.2线性离散系统状态方程的解

7.4能控性与能观性

7.4.1系统的能控性

7.4.2系统的能观性

7.5MATLAB应用于状态变量分析

7.5.1利用MATLAB求解状态空间表达式

7.5.2状态方程求解

7.5.3用MATLAB判断线性系统的能控性和能观性

习题

附录A系统的信号流图与梅森公式

附录B哈密顿�部�莱定理

参考答案

参考文献

精彩书摘

第3章连续信号的傅里叶变换与频域分析

3.1非周期信号的傅里叶变换

1. 傅里叶变换的定义

在高等数学以及电路等课程中已熟悉了周期信号的傅里叶级数： 一个周期为T角频率为ω1=2πT的周期信号f(t)，可展开成指数形式的傅里叶级数，即

f(t)=∑∞n=-∞Fnejnω1t

（3.1）

其中，Fn=1T∫T2-T2f(t)e-jnω1tdt。

为了直观地表示出信号中所含各频率分量的大小，以各频率分量（nω1）为横坐标，以各分量的幅度|Fn|为纵坐标，可画出信号的幅度谱。周期信号的频谱是一条条的离散谱线，相邻谱线之间的间隔是ω1，每条谱线的幅度是Fn。现在由周期信号的傅里叶级数推导出非周期信号的傅里叶变换。

显然，当周期信号的周期T→∞时可作为非周期信号来处理。此时，周期信号的频谱发生如下变化：

（1） 相邻谱线的间隔ω1=2πT趋近于无穷小，从而周期信号的离散谱密集成为连续谱；

（2） 各频率分量的幅度Fn也趋于无穷小。因此，非周期信号的频谱不能再用周期信号的频谱Fn来表示。

式中，ω1和Fn都趋于无穷小，但两个无穷小量的比值有望不趋于0，因此2πFnω1有望不趋于0。为了描述非周期信号的频谱特性，引入频谱密度的概念，令

F(jω)=limT→∞2πFnω1=limT→∞FnT（3.2）

函数F(jω)可以看作是单位频带的振幅，类似于物质单位体积的质量是密度，称F(jω)为频谱密度函数。

下面由周期信号的傅里叶级数推导出F(jω)的表达式。

由式（3.1）可得

前言/序言

前言

信号与系统课程是电子类、通信类、自动化类、电气工程类及计算机类等专业非常重要的专业基础课。本书写作贯穿时域与变换域的思想，内容安排循序渐进，概念介绍直观形象，同时配以大量的图形解释、例题和习题，并给出了MATLAB实现的例子，极大地方便了教与学。

二十几年的教学，跨越了“九五”“十五”“十一五”“十二五”，见证了信号与系统教学内容的演变历程。在信息处理量庞大的今天，信号与系统的教授内容也必须与时俱进，才能满足现代教学的需求。

在教授课程知识时，对专业基础课、专业课、专业选修课的教学方法是不同的，因此在编制教材时，也应反映这种区别。

注重信号与系统这门基础课对后续课程的作用，有针对性地组织内容，避免冗余，以提高教学效率。如在时域分析中，注重微分、差分方程的解法与卷积（卷积和）的作用； 而在变换域分析中，注重三种变换的重要性。在教学实践中验证是非常有效的。

注重掌握本书内容的学习方法与手段，传统依靠手工做题和适量的模拟实验，在本次修订时，增加了用计算机来求解问题的手段，节约了大量时间。我们认为，在信息技术发达的今天，过于传统会降低我们获取更多知识的效率。因此，在编写教材时，注重讲解计算机工具在信号与系统分析时的作用，同时也丰富了学生的实践环节。

第1版教材，经过五年的使用，积累许多经验，在本次更新教材内容的过程中，注重了以下几个方面：

第1章，应用领域的范例在拓宽，例如在农业工程领域，强调信号、系统分类和方法描述，指明常用奇异信号的重要性。

第2章，突出系统的经典解和零输入、零状态响应； 系统的冲激响应； 过渡到在任意信号作用下的响应； 修正了原版中的符号错误等。

第3章，结合工程数学，淡化数学味道，给出傅里叶变换的基本性质与应用，配备大量的例题展示在信号与系统分析中的作用。重点改编傅里叶变换的应用： 分析系统； 系统函数与频率特性； 信号的无失真传输与滤波器； 采样定理； 稳态响应。

第4章，突出系统函数零、极点的重要性，如对时域特性有何影响； 对自由响应、强迫响应、稳态响应、暂态响应特征的影响； 与频域响应的关系； 对稳定性的影响。

第5章，强化系统函数零、极点的重要性，如对时域特性有何影响； 对自由响应、强迫响应、稳态响应、暂态响应特征的影响； 与频域响应的关系； 对稳定性的影响。

第6章，修改了第1版的符号问题。

第7章，删除了原来第7章，保留的部分变成附录A——信号流图； 原来的第8章改为第7章。状态空间模型描述这个章节修改后有： 模型意义、建立、转换； 模型的分析方法（时域法与变换域法），每个内容的描述均配以适量的例题给予展示，丰富了本章内容。

正文最后增加了附录A——信号流图，附录B——哈密顿�部�莱定理。

本书第1章、附录A、B由杜尚丰改编，第2章由苏娟改编，第3、4、5章由赵龙莲改编，第6章由刘春红改编，第7章由位耀光改编。全书由杜尚丰、赵龙莲统稿。

本书的编写基于一些知名的教材与教学中积累的资料，由于水平有限，因此书中的不足之处在所难免，恳切希望广大读者提出批评与指正，帮助我们不断修改、完善本书。

杜尚丰

2017年9月5日

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