信號與係統教程及實驗（第2版） epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

本書以全新的編排方式,由淺入深,循循漸進,並吸收現代計算方法介紹信號與係統的基本內容,包括:信號與係統分析的基本概念與方法;連續時間係統與離散時間係統的時域分析;連續信號的傅裏葉變換與係統的頻域分析;連續信號的拉普拉斯變換與係統的S 域分析;離散信號與係統的Z 變換域分析;在上述內容的基礎上介紹瞭係統的狀態空間分析方法。每章配有例題與 MATLAB仿真實驗原程序。本書配有兩個附錄:附錄 A———信號流圖;附錄 B———凱裏-哈爾米頓定理。

本書可作為高等學校工科(理科)的自動化類、電子類、通信類和電氣類學生的教材,也可供相關科研與工程技術人員自學參考。

目錄

目錄

第1章信號與係統概述

1.1緒言

1.2信號

1.3信號的基本運算

1.4階躍函數和衝激函數

1.5係統的描述

1.6係統的性質

1.7LTI係統分析方法概述

習題

第2章係統的時域分析

2.1LTI連續係統的響應

2.1.1微分方程的經典解

2.1.2零輸入響應和零狀態響應

2.1.3衝激響應和階躍響應

2.1.4捲積積分

2.2離散係統的時域分析

2.2.1LTI離散係統的響應

2.2.2差分方程的經典解

2.2.3零輸入響應和零狀態響應

2.2.4單位序列和單位序列響應

2.2.5捲積和

習題

第3章連續信號的傅裏葉變換與頻域分析

3.1非周期信號的傅裏葉變換

3.2傅裏葉變換的性質

3.3周期信號的傅裏葉變換

3.3.1正弦、餘弦信號的傅裏葉變換

3.3.2一般周期信號的傅裏葉變換

3.4采樣信號的傅裏葉變換與采樣定理

3.4.1采樣信號的傅裏葉變換

3.4.2采樣定理

3.5傅裏葉變換的應用

3.5.1頻域法求係統的響應

3.5.2無失真傳輸

3.5.3理想低通濾波器

3.5.4調製與解調

3.6連續信號傅裏葉變換的MATLAB應用實例

本章小結

習題

第4章拉普拉斯變換和連續時間係統的S域分析

4.1拉普拉斯變換

4.2拉普拉斯變換的性質

4.3拉普拉斯逆變換

4.4拉普拉斯變換與傅裏葉變換的關係

4.5用拉普拉斯變換求解綫性係統的響應

4.5.1微分方程的S域求解

4.5.2S域元件模型

4.6係統函數

4.6.1係統函數

4.6.2係統的聯結

4.6.3係統的S域框圖

4.7係統函數的零、極點分布對係統時域特性的影響

4.7.1H(s)零、極點分布與h(t)波形特徵的對應

4.7.2H(s)、F(s)極點分布與自由響應、強迫響應特徵的對應

4.7.3H(s)、F(s)極點分布與暫態響應、穩態響應特徵的對應

4.8係統函數零、極點與係統頻率響應特性的關係

4.9係統函數零、極點分布與係統穩定性的關係

4.10MATLAB仿真實現連續係統的S域分析

習題

第5章離散時間信號與係統的Z域分析

5．1Z變換

5．1．1Z變換的定義

5．1．2Z變換的收斂域

5．1．3典型序列的Z變換

5．1．4逆Z變換

5．1．5Z變換的性質

5．2離散時間係統的Z域分析

5．2．1利用Z變換解差分方程

5．2．2離散時間係統的係統函數

5．2．3係統的Z域框圖

5．3離散時間係統函數與係統特性

5．3．1係統函數的零、極點分布與係統時域特性的關係

5．3．2係統函數的零、極點分布與係統頻率響應的關係

5．3．3係統函數的零、極點分布與係統穩定性的關係

5．4Z變換與拉普拉斯變換的關係

5．5利用MATLAB對離散係統進行Z域分析

習題

第6章離散傅裏葉變換(DFT)與頻域分析

6．1離散傅裏葉級數

6．1．1離散傅裏葉級數的定義

6．1．2離散傅裏葉級數的性質

6．2離散傅裏葉變換

6．2．1四種信號及其傅裏葉變換

6．2．2離散信號傅裏葉變換的定義

6．2．3離散傅裏葉級數(DFS)與離散傅裏葉變換(DFT)的關係

6．3離散傅裏葉變換的性質

6．4綫性捲積的計算

6．5頻率采樣定理

6．5．1Z變換與DFT的關係

6．5．2不失真條件

6．5．3F(z)的內插錶達式

6．6離散傅裏葉變換的應用

6．7MATLAB仿真

習題

第7章係統分析的狀態變量法

7.1係統的狀態空間描述

7.1.1狀態空間基本概念

7.1.2根據係統物理模型建立狀態方程

7.1.3由係統的輸入—輸齣方程建立狀態方程

7.1.4將係統函數分解建立狀態方程

7.2係統函數（傳遞函數）

7.2.1係統函數（傳遞函數）矩陣

7.2.2係統函數描述和狀態空間描述的比較

7.3狀態方程的求解

7.3.1綫性連續係統狀態方程的解

7.3.2綫性離散係統狀態方程的解

7.4能控性與能觀性

7.4.1係統的能控性

7.4.2係統的能觀性

7.5MATLAB應用於狀態變量分析

7.5.1利用MATLAB求解狀態空間錶達式

7.5.2狀態方程求解

7.5.3用MATLAB判斷綫性係統的能控性和能觀性

習題

附錄A係統的信號流圖與梅森公式

附錄B哈密頓�部�萊定理

參考答案

參考文獻

精彩書摘

第3章連續信號的傅裏葉變換與頻域分析

3.1非周期信號的傅裏葉變換

1. 傅裏葉變換的定義

在高等數學以及電路等課程中已熟悉瞭周期信號的傅裏葉級數： 一個周期為T角頻率為ω1=2πT的周期信號f(t)，可展開成指數形式的傅裏葉級數，即

f(t)=∑∞n=-∞Fnejnω1t

（3.1）

其中，Fn=1T∫T2-T2f(t)e-jnω1tdt。

為瞭直觀地錶示齣信號中所含各頻率分量的大小，以各頻率分量（nω1）為橫坐標，以各分量的幅度|Fn|為縱坐標，可畫齣信號的幅度譜。周期信號的頻譜是一條條的離散譜綫，相鄰譜綫之間的間隔是ω1，每條譜綫的幅度是Fn。現在由周期信號的傅裏葉級數推導齣非周期信號的傅裏葉變換。

顯然，當周期信號的周期T→∞時可作為非周期信號來處理。此時，周期信號的頻譜發生如下變化：

（1） 相鄰譜綫的間隔ω1=2πT趨近於無窮小，從而周期信號的離散譜密集成為連續譜；

（2） 各頻率分量的幅度Fn也趨於無窮小。因此，非周期信號的頻譜不能再用周期信號的頻譜Fn來錶示。

式中，ω1和Fn都趨於無窮小，但兩個無窮小量的比值有望不趨於0，因此2πFnω1有望不趨於0。為瞭描述非周期信號的頻譜特性，引入頻譜密度的概念，令

F(jω)=limT→∞2πFnω1=limT→∞FnT（3.2）

函數F(jω)可以看作是單位頻帶的振幅，類似於物質單位體積的質量是密度，稱F(jω)為頻譜密度函數。

下麵由周期信號的傅裏葉級數推導齣F(jω)的錶達式。

由式（3.1）可得

前言/序言

前言

信號與係統課程是電子類、通信類、自動化類、電氣工程類及計算機類等專業非常重要的專業基礎課。本書寫作貫穿時域與變換域的思想，內容安排循序漸進，概念介紹直觀形象，同時配以大量的圖形解釋、例題和習題，並給齣瞭MATLAB實現的例子，極大地方便瞭教與學。

二十幾年的教學，跨越瞭“九五”“十五”“十一五”“十二五”，見證瞭信號與係統教學內容的演變曆程。在信息處理量龐大的今天，信號與係統的教授內容也必須與時俱進，纔能滿足現代教學的需求。

在教授課程知識時，對專業基礎課、專業課、專業選修課的教學方法是不同的，因此在編製教材時，也應反映這種區彆。

注重信號與係統這門基礎課對後續課程的作用，有針對性地組織內容，避免冗餘，以提高教學效率。如在時域分析中，注重微分、差分方程的解法與捲積（捲積和）的作用； 而在變換域分析中，注重三種變換的重要性。在教學實踐中驗證是非常有效的。

注重掌握本書內容的學習方法與手段，傳統依靠手工做題和適量的模擬實驗，在本次修訂時，增加瞭用計算機來求解問題的手段，節約瞭大量時間。我們認為，在信息技術發達的今天，過於傳統會降低我們獲取更多知識的效率。因此，在編寫教材時，注重講解計算機工具在信號與係統分析時的作用，同時也豐富瞭學生的實踐環節。

第1版教材，經過五年的使用，積纍許多經驗，在本次更新教材內容的過程中，注重瞭以下幾個方麵：

第1章，應用領域的範例在拓寬，例如在農業工程領域，強調信號、係統分類和方法描述，指明常用奇異信號的重要性。

第2章，突齣係統的經典解和零輸入、零狀態響應； 係統的衝激響應； 過渡到在任意信號作用下的響應； 修正瞭原版中的符號錯誤等。

第3章，結閤工程數學，淡化數學味道，給齣傅裏葉變換的基本性質與應用，配備大量的例題展示在信號與係統分析中的作用。重點改編傅裏葉變換的應用： 分析係統； 係統函數與頻率特性； 信號的無失真傳輸與濾波器； 采樣定理； 穩態響應。

第4章，突齣係統函數零、極點的重要性，如對時域特性有何影響； 對自由響應、強迫響應、穩態響應、暫態響應特徵的影響； 與頻域響應的關係； 對穩定性的影響。

第5章，強化係統函數零、極點的重要性，如對時域特性有何影響； 對自由響應、強迫響應、穩態響應、暫態響應特徵的影響； 與頻域響應的關係； 對穩定性的影響。

第6章，修改瞭第1版的符號問題。

第7章，刪除瞭原來第7章，保留的部分變成附錄A——信號流圖； 原來的第8章改為第7章。狀態空間模型描述這個章節修改後有： 模型意義、建立、轉換； 模型的分析方法（時域法與變換域法），每個內容的描述均配以適量的例題給予展示，豐富瞭本章內容。

正文最後增加瞭附錄A——信號流圖，附錄B——哈密頓�部�萊定理。

本書第1章、附錄A、B由杜尚豐改編，第2章由蘇娟改編，第3、4、5章由趙龍蓮改編，第6章由劉春紅改編，第7章由位耀光改編。全書由杜尚豐、趙龍蓮統稿。

本書的編寫基於一些知名的教材與教學中積纍的資料，由於水平有限，因此書中的不足之處在所難免，懇切希望廣大讀者提齣批評與指正，幫助我們不斷修改、完善本書。

杜尚豐

2017年9月5日

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