信号与线性系统(上) (平装) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社

作者:夏恭恪

出品人:

页数:426 页

译者:

出版时间:1992年1月1日

价格:17.3

装帧:平装

isbn号码:9787040039528

丛书系列:

图书标签:

• 信号与系统
• 线性系统
• 电路分析
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• 数学基础
• 系统分析

现代控制理论与应用基础：深入解析系统行为与信号处理 本书聚焦于现代控制理论的核心概念和工程实践，旨在为读者构建一个坚实、系统的理论框架，并掌握分析与设计复杂动态系统的关键工具。全书内容涵盖了从经典时域分析到先进频域、状态空间方法，力求在理论深度与实际应用之间找到最佳平衡。 第一部分：系统与信号的数学描述与分析 本部分是理解后续高级控制理论的基础。我们首先从最基本的角度审视“系统”的本质，即输入如何通过某种内部机制（模型）转化为输出。 第一章：线性时不变（LTI）系统的基本特性与模型 系统理论的基石在于对线性时不变（LTI）系统的深入理解。本章详细阐述了系统的基本定义、线性与时不变性的数学验证。重点解析了卷积积分和卷积和作为描述LTI系统时间响应的统一工具。我们通过具体的物理实例（如RLC电路、质量-弹簧-阻尼系统）来建立微分方程或差分方程模型，并展示如何利用脉冲响应函数（或冲击响应）来预测任何给定输入的系统响应。此外，本章还将探讨系统的因果性、稳定性（BIBO稳定性）的初步判据，为后续的严格稳定性分析打下基础。 第二章：复变量分析与拉普拉斯变换 为了将复杂的微分/差分运算转化为代数运算，拉普拉斯变换是不可或缺的桥梁。本章系统介绍单边拉普拉斯变换的定义、性质及其在求解常系数微分方程初值问题中的应用。我们不仅会详细推导积分、微分、时移等关键性质，还会深入讨论收敛域（ROC）的概念，强调ROC在确定系统唯一性和可逆性中的关键作用。随后，引入传递函数（Transfer Function）的概念，这是时域模型向复频域转化的核心表达形式。通过对传递函数的极点（Poles）和零点（Zeros）的分析，读者将学会如何直观地判断系统的动态行为特征，例如响应的衰减率、振荡频率和稳态特性。 第三章：频率响应分析与傅里叶变换 本章将视野从复平面转向频率轴，探讨系统对不同频率正弦激励的响应。傅里叶分析是理解信号频谱和系统频率特性的重要工具。本章首先回顾连续时间傅里叶变换（FT）及其与拉普拉斯变换的关系。重点在于频率响应函数的导出，即通过将$s=jomega$代入传递函数得到的函数。我们将详细分析如何利用波德图（Bode Plot）（幅频特性和相频特性）来直观地理解系统的带宽、增益裕度和滤波特性。此外，本章还将介绍Nyquist图，作为后续根轨迹和频率响应稳定判据的铺垫。 第二部分：经典控制理论与时域分析 本部分将控制系统的设计重点置于根轨迹法和频率响应法上，这些方法在低阶系统设计中依然具有极高的实用价值。 第四章：系统的瞬态响应与时间响应指标 精确量化系统性能是控制工程的首要任务。本章聚焦于二阶系统的标准形式分析，推导出超调量、上升时间、调节时间和峰值时间等关键的时间响应指标。针对高阶系统，我们将利用主导极点近似的方法，将复杂系统简化为等效二阶系统进行分析，以提高设计效率。同时，本章也将介绍系统对阶跃、斜坡等标准输入响应的精确求解过程。 第五章：系统的稳定性分析与根轨迹法 稳定性是控制系统的生命线。本章首先引入Routh-Hurwitz 判据，这是一种纯代数方法，用于在不求解极点位置的情况下判断系统的稳定性。随后，本章的核心内容是根轨迹（Root Locus）。我们将详细讲解根轨迹的绘制规则，包括起点、终点、渐近线、虚轴分离点等。通过观察根轨迹如何随系统开环增益$K$的变化而移动，设计者能够直观地选择合适的增益以满足暂态响应指标和稳定性要求。 第六章：频率响应稳定性判据与稳态误差 本章将频率分析与稳定性分析相结合。我们将深入阐述Nyquist 稳定判据，理解其基于复平面上奈奎斯特图的围圈定理，并重点讲解增益裕度（GM）和相角裕度（PM）这两个至关重要的稳定性指标的物理意义。随后，本章会转向稳态误差（Steady-State Error）的分析，引入系统型别（Type Number）的概念，并讨论如何通过增加串联或反馈补偿器来消除特定输入的稳态误差。 第七章：控制器的设计与补偿技术 基于前述的分析工具，本章致力于设计满足特定性能要求的控制器。我们将详细介绍PID（比例-积分-微分）控制器的原理、参数整定方法（如Ziegler-Nichols 法）及其在实际工业过程中的应用与局限性。更进一步，本章将讲解串联补偿器（如超前和滞后补偿器）的设计原理，展示如何利用它们来修改系统的根轨迹或频率响应特性，从而改善系统的动态性能和稳态精度。 第三部分：现代控制理论与状态空间方法 本部分将视角从单输入单输出（SISO）的传递函数转向多输入多输出（MIMO）的状态空间描述，这是现代控制理论的核心范式。 第八章：状态空间表示与系统对偶性 本章首先定义状态变量（State Variables）的概念，并建立系统的状态方程（一阶向量微分方程）。我们将详细阐述如何从已知的微分方程、传递函数或物理结构中导出状态空间模型。重点讨论可控性（Controllability）和可观测性（Observability）的概念，这两种是系统结构特性，是设计状态反馈和观测器的前提条件。本章还将介绍状态空间模型与传递函数之间的相互转换关系，以及对角化等相似变换在简化分析中的作用。 第九章：状态反馈控制与极点配置 现代控制理论的核心优势在于能够同时利用系统内部状态信息进行反馈。本章详细讲解极点配置（Pole Placement）技术，即如何通过状态反馈矩阵 $K$ 将系统的闭环极点任意放置在复平面上（前提是系统必须是完全可控的）。我们将推导Ackermann公式等实用方法，用于计算所需的反馈增益。此外，本章还会介绍状态观测器（Observer）的设计，如Luenberger观测器，用于在无法直接测量所有状态变量时，利用系统的输入和输出估计内部状态。 第十章：最优控制导论 作为对现代控制理论的延伸，本章简要介绍最优控制的基本思想。重点阐述性能指标函数（Cost Function）的构建，特别是平方型性能指标。在此基础上，我们将引出线性二次型调节器（LQR）的设计原理，它通过求解代数黎卡提方程（ARE）来获得最优状态反馈增益，从而在满足稳定性的同时，使性能指标达到最优。 本书特色： 理论与工程的紧密结合： 每一个理论推导后，均附有详细的工程实例分析。 清晰的数学基础： 对拉普拉斯变换、傅里叶分析的严谨阐述，确保读者能深刻理解公式背后的物理含义。 覆盖广度与深度兼备： 从经典的根轨迹设计到现代的状态空间分析，为读者进入更专业的高级控制领域打下坚实基础。 强调系统思维： 引导读者将实际物理问题抽象为数学模型，并利用模型工具进行分析和设计。

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这本书的特点，从目录上看，似乎非常注重系统特性的剖析。我非常期待它在“线性”和“时不变”这两个核心性质的证明和验证环节的处理方式。很多教材在这里一笔带过，但对我来说，这是理解LTI系统的关键。我希望看到对非线性系统（如饱和、限幅）和时变系统（如增益随时间变化的放大器）的简单对比分析，通过反例来凸显LTI系统的优越性和可预测性。更进一步，关于系统的因果性，我希望书里能结合实际的物理约束条件进行阐述，比如一个系统如何能不“预知未来”地响应输入。此外，对于系统的频率响应特性，如果能用波特图（Bode Plot）的形式来展示不同一阶、二阶系统如何影响信号的幅频和相频特性，将是极大的加分项。这种从抽象的传递函数到直观的图形表示的过渡，是检验一本教材是否优秀的试金石。

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这本《信号与线性系统（上）》的封面设计得挺简洁大方的，拿到手里沉甸甸的，感觉内容肯定很扎实。我最看重的是它对基础概念的阐述是否深入透彻。我之前学的时候，傅里叶级数和拉普拉斯变换那块总是理解得似懂非懂，希望这本书能用更直观的方式把这些工具的物理意义讲清楚。比如，关于系统的时域和频域分析，书里是不是能通过一些生动的例子，比如音频信号的滤波处理，来展现从一个域切换到另一个域后，我们能用更简便的数学工具去解决实际问题。我很期待看到它在讲解卷积积分时，能提供一些不同类型的信号（如阶跃函数、脉冲函数）与系统冲激响应的详细计算步骤，最好能配上清晰的图形来辅助理解。毕竟，线性时不变系统（LTI）的核心就在于卷积，如果这一块讲得透彻，后续学习就事半功倍了。另外，对于初学者来说，理论公式的推导过程往往是难点，希望这本书的推导过程能做到逻辑严密而不失条理，每一步的数学依据都能清晰标注，这样我才能真正做到知其然更知其所以然。

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我购买这本书是带着一个明确的目标：系统地梳理状态空间表示法在信号系统中的应用，尽管这通常被认为相对高阶。我希望这本书能作为一座桥梁，将传统的微分方程描述和现代的矩阵代数描述无缝连接起来。我尤其想知道，书中是如何引导读者从时域的微分方程直接导出状态变量的定义，以及如何利用状态转移矩阵来求解系统的自由响应和强迫响应。如果能详细讨论如何判断一个系统的能控性和能观性，并将其与输入/输出的自由度联系起来，那简直是意外之喜。虽然这是“上册”，但一个好的教材应该为后续学习打下坚实的基础。我期待它在处理常系数线性微分方程组时，能清晰地展示特征值和特征向量在确定系统模态中的核心作用，而不是仅仅停留在求解代数方程的层面。这种对结构和内在联系的深入挖掘，才是我心目中一本优秀专业教材应有的风貌。

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这本书的排版和装帧质量确实让人眼前一亮，纸张的厚度拿捏得很好，长时间阅读眼睛也不会太累。我个人对离散时间信号处理的部分尤为关注，因为现代的数字系统应用太广泛了。我希望能看到它在讲解Z变换时，如何巧妙地将连续时间的拉普拉斯变换与之对应起来，这种类比学习法通常能帮助我更快地建立新旧知识的联系。特别是在讨论系统的稳定性判据时，无论是连续时间系统的s平面还是离散时间系统的z平面上的收敛域（ROC）分析，我都希望作者能给出详尽的图示和案例，比如通过一个低通滤波器和高通滤波器的零极点位置对比，直观展示系统性能的差异。如果书中能穿插一些关于数字滤波器设计的基础思想（比如窗函数法）的介绍，那就更完美了，哪怕只是作为引子也好，能让我感受到理论与工程实践的紧密结合。我对那些仅仅停留在数学推导层面的教材总是感到枯燥，这本书如果能多一些“为什么我们要这么做”的思考引导，我会非常满意。

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坦白说，我选择这本书主要是冲着它在“信号”定义和基本操作上的严谨性去的。我总觉得，如果对信号本身的数学描述不够清晰，后续所有的线性变换都会建立在不牢固的地基之上。我希望作者能花足够篇幅来区分连续时间信号和离散时间信号的采样过程，包括奈奎斯特采样定理的物理意义，而不仅仅是公式的陈述。此外，我对周期信号的傅里叶级数展开，尤其是三角函数形式和指数形式之间的转换，要求很高的清晰度。我希望书中能详细解释，为什么在物理世界中，一个实值周期信号的傅里叶级数表示中，正负频率分量总是共轭对称的。这种对物理背景的深刻挖掘，远比纯粹的数学推导更能加深我的理解。如果书里能包含一些使用MATLAB或Python进行基本信号生成和分析的示例代码片段，那就更贴合当前工程学习的趋势了。

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