信號與綫性係統(上) (平裝) pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:高等教育齣版社

作者:夏恭恪

出品人:

頁數:426 页

译者:

出版時間:1992年1月1日

價格:17.3

裝幀:平裝

isbn號碼:9787040039528

叢書系列:

圖書標籤:

• 信號與係統
• 綫性係統
• 電路分析
• 通信原理
• 電子工程
• 工科教材
• 高等教育
• 大學教材
• 數學基礎
• 係統分析

現代控製理論與應用基礎：深入解析係統行為與信號處理 本書聚焦於現代控製理論的核心概念和工程實踐，旨在為讀者構建一個堅實、係統的理論框架，並掌握分析與設計復雜動態係統的關鍵工具。全書內容涵蓋瞭從經典時域分析到先進頻域、狀態空間方法，力求在理論深度與實際應用之間找到最佳平衡。 第一部分：係統與信號的數學描述與分析 本部分是理解後續高級控製理論的基礎。我們首先從最基本的角度審視“係統”的本質，即輸入如何通過某種內部機製（模型）轉化為輸齣。 第一章：綫性時不變（LTI）係統的基本特性與模型 係統理論的基石在於對綫性時不變（LTI）係統的深入理解。本章詳細闡述瞭係統的基本定義、綫性與時不變性的數學驗證。重點解析瞭捲積積分和捲積和作為描述LTI係統時間響應的統一工具。我們通過具體的物理實例（如RLC電路、質量-彈簧-阻尼係統）來建立微分方程或差分方程模型，並展示如何利用脈衝響應函數（或衝擊響應）來預測任何給定輸入的係統響應。此外，本章還將探討係統的因果性、穩定性（BIBO穩定性）的初步判據，為後續的嚴格穩定性分析打下基礎。 第二章：復變量分析與拉普拉斯變換 為瞭將復雜的微分/差分運算轉化為代數運算，拉普拉斯變換是不可或缺的橋梁。本章係統介紹單邊拉普拉斯變換的定義、性質及其在求解常係數微分方程初值問題中的應用。我們不僅會詳細推導積分、微分、時移等關鍵性質，還會深入討論收斂域（ROC）的概念，強調ROC在確定係統唯一性和可逆性中的關鍵作用。隨後，引入傳遞函數（Transfer Function）的概念，這是時域模型嚮復頻域轉化的核心錶達形式。通過對傳遞函數的極點（Poles）和零點（Zeros）的分析，讀者將學會如何直觀地判斷係統的動態行為特徵，例如響應的衰減率、振蕩頻率和穩態特性。 第三章：頻率響應分析與傅裏葉變換 本章將視野從復平麵轉嚮頻率軸，探討係統對不同頻率正弦激勵的響應。傅裏葉分析是理解信號頻譜和係統頻率特性的重要工具。本章首先迴顧連續時間傅裏葉變換（FT）及其與拉普拉斯變換的關係。重點在於頻率響應函數的導齣，即通過將$s=jomega$代入傳遞函數得到的函數。我們將詳細分析如何利用波德圖（Bode Plot）（幅頻特性和相頻特性）來直觀地理解係統的帶寬、增益裕度和濾波特性。此外，本章還將介紹Nyquist圖，作為後續根軌跡和頻率響應穩定判據的鋪墊。 第二部分：經典控製理論與時域分析 本部分將控製係統的設計重點置於根軌跡法和頻率響應法上，這些方法在低階係統設計中依然具有極高的實用價值。 第四章：係統的瞬態響應與時間響應指標 精確量化係統性能是控製工程的首要任務。本章聚焦於二階係統的標準形式分析，推導齣超調量、上升時間、調節時間和峰值時間等關鍵的時間響應指標。針對高階係統，我們將利用主導極點近似的方法，將復雜係統簡化為等效二階係統進行分析，以提高設計效率。同時，本章也將介紹係統對階躍、斜坡等標準輸入響應的精確求解過程。 第五章：係統的穩定性分析與根軌跡法 穩定性是控製係統的生命綫。本章首先引入Routh-Hurwitz 判據，這是一種純代數方法，用於在不求解極點位置的情況下判斷係統的穩定性。隨後，本章的核心內容是根軌跡（Root Locus）。我們將詳細講解根軌跡的繪製規則，包括起點、終點、漸近綫、虛軸分離點等。通過觀察根軌跡如何隨係統開環增益$K$的變化而移動，設計者能夠直觀地選擇閤適的增益以滿足暫態響應指標和穩定性要求。 第六章：頻率響應穩定性判據與穩態誤差 本章將頻率分析與穩定性分析相結閤。我們將深入闡述Nyquist 穩定判據，理解其基於復平麵上奈奎斯特圖的圍圈定理，並重點講解增益裕度（GM）和相角裕度（PM）這兩個至關重要的穩定性指標的物理意義。隨後，本章會轉嚮穩態誤差（Steady-State Error）的分析，引入係統型彆（Type Number）的概念，並討論如何通過增加串聯或反饋補償器來消除特定輸入的穩態誤差。 第七章：控製器的設計與補償技術 基於前述的分析工具，本章緻力於設計滿足特定性能要求的控製器。我們將詳細介紹PID（比例-積分-微分）控製器的原理、參數整定方法（如Ziegler-Nichols 法）及其在實際工業過程中的應用與局限性。更進一步，本章將講解串聯補償器（如超前和滯後補償器）的設計原理，展示如何利用它們來修改係統的根軌跡或頻率響應特性，從而改善係統的動態性能和穩態精度。 第三部分：現代控製理論與狀態空間方法 本部分將視角從單輸入單輸齣（SISO）的傳遞函數轉嚮多輸入多輸齣（MIMO）的狀態空間描述，這是現代控製理論的核心範式。 第八章：狀態空間錶示與係統對偶性 本章首先定義狀態變量（State Variables）的概念，並建立係統的狀態方程（一階嚮量微分方程）。我們將詳細闡述如何從已知的微分方程、傳遞函數或物理結構中導齣狀態空間模型。重點討論可控性（Controllability）和可觀測性（Observability）的概念，這兩種是係統結構特性，是設計狀態反饋和觀測器的前提條件。本章還將介紹狀態空間模型與傳遞函數之間的相互轉換關係，以及對角化等相似變換在簡化分析中的作用。 第九章：狀態反饋控製與極點配置 現代控製理論的核心優勢在於能夠同時利用係統內部狀態信息進行反饋。本章詳細講解極點配置（Pole Placement）技術，即如何通過狀態反饋矩陣 $K$ 將係統的閉環極點任意放置在復平麵上（前提是係統必須是完全可控的）。我們將推導Ackermann公式等實用方法，用於計算所需的反饋增益。此外，本章還會介紹狀態觀測器（Observer）的設計，如Luenberger觀測器，用於在無法直接測量所有狀態變量時，利用係統的輸入和輸齣估計內部狀態。 第十章：最優控製導論 作為對現代控製理論的延伸，本章簡要介紹最優控製的基本思想。重點闡述性能指標函數（Cost Function）的構建，特彆是平方型性能指標。在此基礎上，我們將引齣綫性二次型調節器（LQR）的設計原理，它通過求解代數黎卡提方程（ARE）來獲得最優狀態反饋增益，從而在滿足穩定性的同時，使性能指標達到最優。 本書特色： 理論與工程的緊密結閤： 每一個理論推導後，均附有詳細的工程實例分析。 清晰的數學基礎： 對拉普拉斯變換、傅裏葉分析的嚴謹闡述，確保讀者能深刻理解公式背後的物理含義。 覆蓋廣度與深度兼備： 從經典的根軌跡設計到現代的狀態空間分析，為讀者進入更專業的高級控製領域打下堅實基礎。 強調係統思維： 引導讀者將實際物理問題抽象為數學模型，並利用模型工具進行分析和設計。

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我購買這本書是帶著一個明確的目標：係統地梳理狀態空間錶示法在信號係統中的應用，盡管這通常被認為相對高階。我希望這本書能作為一座橋梁，將傳統的微分方程描述和現代的矩陣代數描述無縫連接起來。我尤其想知道，書中是如何引導讀者從時域的微分方程直接導齣狀態變量的定義，以及如何利用狀態轉移矩陣來求解係統的自由響應和強迫響應。如果能詳細討論如何判斷一個係統的能控性和能觀性，並將其與輸入/輸齣的自由度聯係起來，那簡直是意外之喜。雖然這是“上冊”，但一個好的教材應該為後續學習打下堅實的基礎。我期待它在處理常係數綫性微分方程組時，能清晰地展示特徵值和特徵嚮量在確定係統模態中的核心作用，而不是僅僅停留在求解代數方程的層麵。這種對結構和內在聯係的深入挖掘，纔是我心目中一本優秀專業教材應有的風貌。

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這本書的排版和裝幀質量確實讓人眼前一亮，紙張的厚度拿捏得很好，長時間閱讀眼睛也不會太纍。我個人對離散時間信號處理的部分尤為關注，因為現代的數字係統應用太廣泛瞭。我希望能看到它在講解Z變換時，如何巧妙地將連續時間的拉普拉斯變換與之對應起來，這種類比學習法通常能幫助我更快地建立新舊知識的聯係。特彆是在討論係統的穩定性判據時，無論是連續時間係統的s平麵還是離散時間係統的z平麵上的收斂域（ROC）分析，我都希望作者能給齣詳盡的圖示和案例，比如通過一個低通濾波器和高通濾波器的零極點位置對比，直觀展示係統性能的差異。如果書中能穿插一些關於數字濾波器設計的基礎思想（比如窗函數法）的介紹，那就更完美瞭，哪怕隻是作為引子也好，能讓我感受到理論與工程實踐的緊密結閤。我對那些僅僅停留在數學推導層麵的教材總是感到枯燥，這本書如果能多一些“為什麼我們要這麼做”的思考引導，我會非常滿意。

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這本書的特點，從目錄上看，似乎非常注重係統特性的剖析。我非常期待它在“綫性”和“時不變”這兩個核心性質的證明和驗證環節的處理方式。很多教材在這裏一筆帶過，但對我來說，這是理解LTI係統的關鍵。我希望看到對非綫性係統（如飽和、限幅）和時變係統（如增益隨時間變化的放大器）的簡單對比分析，通過反例來凸顯LTI係統的優越性和可預測性。更進一步，關於係統的因果性，我希望書裏能結閤實際的物理約束條件進行闡述，比如一個係統如何能不“預知未來”地響應輸入。此外，對於係統的頻率響應特性，如果能用波特圖（Bode Plot）的形式來展示不同一階、二階係統如何影響信號的幅頻和相頻特性，將是極大的加分項。這種從抽象的傳遞函數到直觀的圖形錶示的過渡，是檢驗一本教材是否優秀的試金石。

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坦白說，我選擇這本書主要是衝著它在“信號”定義和基本操作上的嚴謹性去的。我總覺得，如果對信號本身的數學描述不夠清晰，後續所有的綫性變換都會建立在不牢固的地基之上。我希望作者能花足夠篇幅來區分連續時間信號和離散時間信號的采樣過程，包括奈奎斯特采樣定理的物理意義，而不僅僅是公式的陳述。此外，我對周期信號的傅裏葉級數展開，尤其是三角函數形式和指數形式之間的轉換，要求很高的清晰度。我希望書中能詳細解釋，為什麼在物理世界中，一個實值周期信號的傅裏葉級數錶示中，正負頻率分量總是共軛對稱的。這種對物理背景的深刻挖掘，遠比純粹的數學推導更能加深我的理解。如果書裏能包含一些使用MATLAB或Python進行基本信號生成和分析的示例代碼片段，那就更貼閤當前工程學習的趨勢瞭。

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這本《信號與綫性係統（上）》的封麵設計得挺簡潔大方的，拿到手裏沉甸甸的，感覺內容肯定很紮實。我最看重的是它對基礎概念的闡述是否深入透徹。我之前學的時候，傅裏葉級數和拉普拉斯變換那塊總是理解得似懂非懂，希望這本書能用更直觀的方式把這些工具的物理意義講清楚。比如，關於係統的時域和頻域分析，書裏是不是能通過一些生動的例子，比如音頻信號的濾波處理，來展現從一個域切換到另一個域後，我們能用更簡便的數學工具去解決實際問題。我很期待看到它在講解捲積積分時，能提供一些不同類型的信號（如階躍函數、脈衝函數）與係統衝激響應的詳細計算步驟，最好能配上清晰的圖形來輔助理解。畢竟，綫性時不變係統（LTI）的核心就在於捲積，如果這一塊講得透徹，後續學習就事半功倍瞭。另外，對於初學者來說，理論公式的推導過程往往是難點，希望這本書的推導過程能做到邏輯嚴密而不失條理，每一步的數學依據都能清晰標注，這樣我纔能真正做到知其然更知其所以然。

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