Discrete-Time Control Systems (2nd Edition) pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:Katsuhiko Ogata

出品人:

页数:768

译者:

出版时间:1994-12-07

价格:USD 132.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780130342812

丛书系列:

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具体描述

A comprehensive treatment of the analysis and design of discrete-time control systems which provides a gradual development of the theory by emphasizing basic concepts and avoiding highly mathematical arguments. The book features comprehensive treatment of pole placement, state observer design, and quadratic optimal control.FEATURES: * In-depth discussions of selected topics (such as Z transform, and pole placement when the control signal was a vector quantity) have been moved to optional Appendices. * discusses in detail the theoretical background for designing control systems. * offers a greatly expanded treatment of the pole placement design with minimum-order observer by means of state space approach (Ch. 6) and polynomial equations approach (Ch. 7). * features a new chapter on the polynomial equations approach to the control systems design -- as an alternative to the design of control systems via pole placement with minimum-order observers. Includes the design of model matching control systems. * emphasizes the usefulness of MATLAB for studying discrete-time control systems -- showing how to use MATLAB optimally to obtain numerical solutions that involve various types of vector-matrix operations, plotting response curves, and system design based on quadratic optimal control. * presents many instructive examples and worked-out problems throughout the entire book.

信号处理与系统分析：从理论基石到前沿应用（一本涵盖经典与现代，深入探讨信号处理与系统分析核心概念的权威著作）本书旨在为工程、数学和应用科学领域的学生、研究人员及专业工程师提供一个全面、严谨且具有实践指导意义的信号处理与系统分析教程。我们致力于构建一个坚实的理论基础，同时紧密结合实际应用中的挑战与前沿技术，使读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何做”。全书内容结构清晰，逻辑递进，从基础的信号描述和系统模型出发，逐步深入到复杂的分析工具和现代设计方法。第一部分：信号与系统的基本要素本部分为后续深入学习奠定不可动摇的基石，重点关注对物理世界现象进行数学建模和表征的方法。第一章：信号的本质与表示我们从信号的定义出发，区分连续时间信号（Continuous-Time Signals, CTS）与离散时间信号（Discrete-Time Signals, DTS）。详细探讨了信号的代数表示、图形表示，并引入了傅里叶级数和指数形式，用以分析信号的频谱特性。重点剖析了周期性、能量、功率信号的分类及其数学度量。本章还引入了对信号进行变换操作（如翻转、尺度、平移）的几何直觉和代数规则，为理解系统响应的构成打下基础。第二章：线性时不变系统（LTI）的理论基础本章是全书的理论核心之一。我们首先定义了系统的基本性质：线性、时变性与不变性（时不变性）。随后，系统地引入了线性时不变（LTI）系统的概念，并着重阐述了其在时间域中的唯一描述工具——卷积（Convolution）。我们详细推导了LTI系统输出与输入信号和系统冲激响应之间的关系，并分析了卷积积分（CTS）和卷积和（DTS）的计算特性和收敛条件。此外，本章还讨论了因果性（Causality）和稳定性（Stability）的定义及其在冲激响应上的判据。第三章：连续时间系统的分析工具：拉普拉斯变换为了超越纯粹的时域分析，本章将焦点转向更强大的变换域。我们详细介绍了单边和双边拉普拉斯变换的定义、基本性质，并列举了常见信号的变换对。核心内容包括利用拉普拉斯变换求解微分方程，分析系统的自然响应和强迫响应。拉普拉斯域中的传递函数（Transfer Function）概念被引入，用于系统框图的简化和分析。此外，我们深入探讨了收敛域（Region of Convergence, ROC）的概念及其对系统因果性、稳定性的唯一识别作用。第四章：离散时间系统的分析工具：Z变换与拉普拉斯变换在连续时间系统中扮演的角色类似，Z变换是分析离散时间系统的关键。本章系统地阐述了Z变换的定义、收敛域（ROC）的几何意义，以及其在离散时间线性差分方程求解中的应用。我们详细分析了Z域中的传递函数表示，并对比了Z变换与拉普拉斯变换在处理离散系统时的优势与区别。本章最后讨论了双边Z变换在分析非因果系统中的应用。第二部分：频域分析与信号变换本部分将重点从时间域转换到频率域，理解信号的频谱内容以及系统对不同频率分量的影响。第五章：傅里叶变换的深化与应用本章是对傅里叶级数和傅里叶变换概念的系统化和统一。我们首先详细定义了连续时间傅里叶变换（FT）及其逆变换，并探讨了其性质，如线性、时移、频移、微分/积分性质以及帕塞瓦尔定理（Parseval's Theorem）。随后，我们转向离散时间傅里叶变换（DTFT），并分析了它与Z变换在单位圆上的关系。本章的重点是周期化信号的频谱分析，以及如何利用傅里叶变换理解系统的频率响应。第六章：离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT） DFT是连接理论分析与实际数字信号处理的桥梁。本章详细介绍了DFT的定义，并分析了其与DTFT的关系。我们将重点讲解快速傅里叶变换（FFT）算法，特别是时间抽取（Cooley-Tukey）算法的原理和实现效率，强调其在计算密集型应用中的核心地位。本章还涵盖了频谱泄漏（Spectral Leakage）、栅栏效应（Scalloping）以及窗函数（Windowing）的选择与应用，确保读者能正确解释实际采集数据的频谱。第七章：采样定理与A/D、D/D转换本章专注于连续时间信号到离散时间信号的转换过程。我们深入阐述了奈奎斯特-香农（Nyquist-Shannon）采样定理的数学推导和物理意义，分析了欠采样导致的混叠（Aliasing）现象及其后果。本章也探讨了理想采样、零阶保持（ZOH）和一阶保持（FOH）对频谱的影响，为设计实际的模数（A/D）和数模（D/A）转换系统提供了理论依据。第三部分：系统分析与滤波器设计基础在掌握了分析工具后，本部分转向利用这些工具来分析和设计满足特定性能要求的系统。第八章：系统分析在复频域的扩展本章将复习和深化拉普拉斯变换和Z变换的知识，聚焦于系统的稳定性、可控性与可观测性分析。我们利用s平面和z平面上的极点（Poles）和零点（Zeros）分布来直观地判断系统的稳定性边界和瞬态响应特性。本章还引入了巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）等经典滤波器原型，并探讨了如何通过频率变换从模拟原型迁移到数字滤波器设计。第九章：经典模拟滤波器设计本章专门针对连续时间系统，详细介绍了一阶和二阶有源滤波器的设计与实现。重点讨论了巴特沃斯低通、高通、带通和带阻滤波器的幅频特性和相位特性。对于切比雪夫滤波器，我们深入分析了等波纹（Equiripple）的特性以及如何通过调整阶数来控制通带和阻带的过渡带宽度，提供了一套完整的从技术指标到元件值的计算流程。第十章：IIR数字滤波器设计方法转向离散时间系统，本章详细介绍了无限脉冲响应（IIR）数字滤波器的设计。核心内容包括脉冲响应不变法（Impulse Invariance）和双线性变换法（Bilinear Transformation）。我们着重分析了双线性变换带来的频率压缩问题及其修正方法，并提供了设计具有特定幅频特性的IIR滤波器的完整步骤，强调了频率预畸变（Pre-warping）的重要性。第十一章：FIR数字滤波器设计方法本章探讨了有限脉冲响应（FIR）滤波器，重点分析了其具有线性相位响应的优势。我们系统地介绍了基于傅里叶级数展开的窗函数法（Windowing Method），包括矩形窗、汉宁窗、海明窗等各类窗函数的选择标准及其对过渡带和旁瓣衰减的影响。此外，本章还介绍了更先进的频率采样法（Frequency Sampling）和等波纹法（Parks-McClellan Algorithm）的基础概念，以实现最优的滤波器性能。第四部分：随机过程与现代分析视角（选讲）本部分将信号和系统分析提升到处理噪声和不确定性数据的层面。第十二章：随机信号模型与描述本章引入了随机过程（Stochastic Processes）的基本概念，区分了确定性信号与随机信号。我们详细讨论了平稳性（Stationarity）、宽平稳性（WSS）的定义。关键内容包括均值函数（Mean Function）、自相关函数（Autocorrelation Function）和功率谱密度（Power Spectral Density, PSD），并利用维纳-辛钦定理（Wiener-Khinchin Theorem）阐述了自相关函数与功率谱密度的内在联系。第十三章：随机过程通过LTI系统本章分析了随机信号通过线性系统时的演化。我们推导了输出随机过程的功率谱密度与输入功率谱密度之间的关系，重点分析了噪声通过理想低通滤波器后的特性变化。此外，本章还简要介绍了维纳滤波（Wiener Filtering）的基本思想及其在信号估计和去噪中的应用框架，为读者理解现代估计理论打开一扇门。本书的编排力求逻辑严谨、深入浅出，配备了大量的例题、习题以及理论推导，以期帮助读者真正掌握信号与系统分析这门学科的精髓，为后续深入的控制理论、通信系统、数字信号处理或传感器网络等高级课程打下坚实的基础。