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页数:163

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出版时间:2005-8

价格:18.00元

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isbn号码:9787560615479

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• 计算机控制
• 自动化
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《数字信号处理与应用》 书籍简介 本书系统地阐述了数字信号处理（DSP）的基础理论、核心算法及其在现代工程实践中的广泛应用。全书内容涵盖了离散时间信号与系统的基本概念、Z变换理论、离散傅里叶变换（DFT）及其快速傅里叶变换（FFT）算法，并深入探讨了数字滤波器（FIR与IIR）的设计方法、有限精度效应分析以及自适应滤波器的基本原理。本书旨在为读者提供坚实的理论基础和丰富的设计经验，使其能够熟练运用DSP技术解决实际工程问题。 第一部分：DSP基础与离散系统分析 本书伊始，首先建立了数字信号处理的理论框架。我们从连续时间信号的采样定理（Nyquist-Shannon采样定理）入手，详细解释了如何将连续信号转化为离散信号，以及采样过程中可能出现的混叠现象及其抑制方法。 随后，深入探讨了离散时间信号的表示方法，包括序列的表示、基本序列（如单位冲激序列、单位阶跃序列）的性质。紧接着，引入了离散时间系统的基本概念，包括线性、时不变性（LTI）的判定标准，以及利用卷积和差分方程对LTI系统进行描述和分析。 Z变换是分析离散系统的核心数学工具。本书详尽阐述了单边和双边Z变换的定义、性质及其逆变换的求解方法，特别是残数法和区域收敛域（ROC）在系统稳定性分析中的关键作用。通过Z变换，读者可以清晰地理解系统的动态特性，并能对系统的因果性、稳定性和可实现性做出准确判断。我们通过大量的实例演示了如何利用Z变换分析复杂的反馈系统和级联系统。 第二部分：频域分析与傅里叶变换 频域分析是理解信号处理本质的关键。本书在这一部分重点聚焦于离散时间傅里叶变换（DTFT）和离散傅里叶变换（DFT）。虽然DTFT提供了信号在频率上的连续视图，但其在计算机实现上的困难性促使我们转向DFT。 本书详细推导了DFT的数学定义，并着重讲解了快速傅里叶变换（FFT）算法，特别是最常用的Cooley-Tukey基2算法（包括蝶形运算的原理）。我们不仅展示了如何高效地计算频谱，还探讨了FFT在计算卷积、圆周卷积中的应用，以及频谱泄漏、栅栏效应等实际应用中必须面对的问题，并提供了应对策略，如窗函数的设计与选择。 为了实现精确的频率分析，我们引入了周期图法、韦尔奇平均法（Welch’s Method）等经典谱估计技术。对于需要更高分辨率和更精确估计的场景，本书也概述了现代谱估计方法（如多窗口法、AR/MA模型估计）的基本思想。 第三部分：数字滤波器设计 滤波器是信号处理中最常用且最重要的工具之一。本书将数字滤波器分为两大家族：无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器，并为每种类型提供了系统的设计流程。 IIR滤波器设计： 侧重于利用连续时间滤波器（如Butterworth、Chebyshev）的成熟设计经验，通过双线性变换法或脉冲响应不变法将其映射到离散域。书中详细对比了不同原型滤波器的幅频特性、相位特性和群延迟特性，指导读者根据实际需求选择最佳拓扑结构。我们特别强调了在映射过程中必须注意的频率预畸变处理。 FIR滤波器设计： 强调其线性相位特性带来的优势。本书详细介绍了窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗等）的设计原理，展示了如何通过选择合适的窗函数来平衡过渡带宽度和旁瓣衰减。对于更高性能的需求，本书还引入了频率采样法和Parks-McClellan等优化算法的基本概念，帮助读者实现最优的滤波器设计。 在滤波器实现方面，我们不仅讲解了直接形式、正规化形式（级联与并联）的结构，还深入分析了有限字长对滤波器性能的影响，包括量化误差和溢出问题，并探讨了提高稳定性的设计技巧。 第四部分：自适应滤波与高级主题 在许多实际系统中，信号的统计特性是时变的，传统的固定系数滤波器难以胜任。因此，本书的最后一部分转向了自适应滤波技术。 我们以维纳滤波（Wiener Filtering）为理论起点，介绍了随机过程理论在信号处理中的应用，特别是平稳随机信号的自相关函数和互相关函数。随后，本书详细推导并分析了最基础且应用最广的自适应算法——最小均方（LMS）算法。我们分析了LMS算法的收敛性、稳态误差以及步长选择对算法性能的影响。 此外，本书还简要介绍了快速收敛的自适应算法（如归一化LMS、仿射投影算法）的基本原理，并展示了自适应滤波器在回声消除、噪声消除和信道均衡等领域的经典应用案例。 总结与特色 本书的特色在于理论的深度与工程实践的紧密结合。每一章节后都附有大量的例题和仿真练习（可结合MATLAB/Python进行实现），旨在强化读者的动手能力。内容组织逻辑清晰，从基础理论出发，逐步深入到复杂算法的设计与优化，确保读者在掌握DSP核心知识体系的同时，能够灵活应对未来信号处理技术的发展与挑战。本书是电子工程、通信工程、自动化、仪器仪表等专业高年级本科生、研究生及相关领域工程技术人员的理想教材和参考书。

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我是在一个非常紧迫的项目节点上开始啃这本《计算机控制技术》的。我们团队需要快速迭代一个涉及复杂反馈回路的嵌入式系统，原有的方案在抗干扰性和精度上都达不到新的性能指标要求。说实话，我当时时间紧任务重，根本没工夫去读那种动辄几百页、从牛顿力学讲起的巨著。我需要的是一本直击要害、能快速帮助我理解如何将理论设计快速实现到微控制器上的“速查手册”兼“救命稻草”。这本书的结构设计非常贴合工程师的思维习惯。它没有在理论基础部分做过多的哲学探讨，而是迅速切入核心内容——如PID控制器的改进算法（比如增量式、抗饱和、抗积分饱和等）的实现细节。最让我惊喜的是，书中对于数字滤波器的章节处理得非常到位。它不仅讲解了巴特沃斯和切比雪夫滤波器的设计原理，更重要的是，它直接给出了如何在定点运算的DSP平台上实现这些IIR和FIR滤波器的代码骨架和注意事项，比如如何处理溢出问题，如何优化乘累加运算以提高实时性。这部分内容简直就是为我量身定制的“实战手册”。很多教科书在谈到数字滤波时，只停留在Z变换的层面，对于实际的位操作和资源限制考虑不足，但这本书显然是经过了实际项目检验的。通过对照书中的例子，我很快就定位并优化了我们现有代码中PID参数整定不佳的问题，特别是针对我们系统中的非线性环节，书中关于模糊控制和自适应控制的入门介绍，虽然篇幅不长，但也为我们后续的系统升级提供了清晰的理论指引和初步的实现思路。总的来说，这本书在“如何用”这一点上做得极为出色，效率极高。

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作为一名研究自动化领域的学生，我对教材的选择是极其挑剔的，我追求的是那种能引领我进入前沿研究领域的深度和广度，而不是停留在工业界应用层面的基础重复。这本《计算机控制技术》在理论深度上给我留下了深刻的印象。它的优势在于其对现代控制理论的整合能力。很多教材要么偏向经典控制的频率域分析，要么是纯粹的状态空间理论。这本书巧妙地架设了两者之间的桥梁。例如，在讲解李雅普诺夫稳定性分析时，作者没有满足于给出一些标准二次型函数，而是深入探讨了如何构建非二次型的李雅普诺夫函数来处理欠驱动或非线性系统，这已经触及到研究生阶段的深度了。更值得称赞的是，书中对“鲁棒性”的讨论。在当前工程实践中，模型的不确定性几乎是不可避免的，这本书专门开辟了章节来介绍$mu$综合和H-无穷控制的基本思想。虽然这些内容本身非常复杂，但作者依然用清晰的图示和概念解释，让我们能够理解其设计目标和优势所在，而不是仅仅停留在数学公式的堆砌。它成功地让初学者看到了控制理论能够解决多么尖端的问题，激发了我进一步深入学习的兴趣。阅读体验上，虽然部分章节需要多次阅读才能完全消化，但正是这种“挑战性”，才让我觉得这本书的价值所在，它为我未来的学术研究打下了坚实且全面的理论基础。

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这本《计算机控制技术》的书，说实话，我刚拿到手的时候，心里是有点忐忑的。毕竟“计算机”和“控制技术”这两个词组合在一起，总感觉会是一本枯燥乏味、充满晦涩公式的教科书。我本来是做偏应用开发的，对底层理论的接触相对较少，最大的担忧就是看不懂那些复杂的数学模型和算法推导。翻开第一章，嚯，果然是直奔主题，矩阵运算、拉普拉斯变换这些基础知识铺垫得相当扎实。我记得我大学里学这些的时候，老师讲得非常快，很多地方一笔带过，搞得我稀里糊涂。但这本书的作者显然深谙“慢工出细活”的道理，对每一个数学工具的使用场景都做了详尽的解释，告诉你为什么需要这个工具，而不是直接抛出公式让你死记硬背。举个例子，讲到状态空间表示法时，它没有直接给出那个经典的$dot{x} = Ax + Bu$形式，而是通过一个实际的电机控制案例，一步步引导我们如何将物理系统抽象成数学模型，这个过程让我这个应用型人才豁然开朗。再往后看，涉及到数字控制的离散化处理，这是很多传统教材容易含糊带过的地方，但这本书里用了大量的篇幅来对比零阶保持器和一阶保持器的区别，甚至连采样周期的选择对系统稳定性的影响都分析得淋漓尽致。我感觉，这本书更像是一位耐心且博学的导师，而不是一本冰冷的参考书，它不仅仅是告诉你“是什么”，更重要的是告诉你“为什么是这样”，这种循序渐进、注重理解的教学方式，对于我这种需要将理论转化为实际工程应用的读者来说，简直是福音。虽然初期阅读速度较慢，需要不断回头查阅前面的基础知识，但每啃下一块硬骨头，都会带来实实在在的知识积累感，这比那种读完一章却感觉什么都没记住的书要强太多了。

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在阅读完《计算机控制技术》后，我最大的感受是它成功地打破了理论与实践之间的“楚河汉界”。很多控制理论的书，读起来就像在空中楼阁里做数学题，你似乎掌握了所有的高深理论，但一旦要落实到具体的硬件平台（比如PLC、单片机或者实时操作系统RTOS）上时，就会发现无从下手。这本书的独特之处在于它在每一大章的末尾，都设置了“工程实现考量”或“嵌入式平台适配”这样的特色小节。这些部分虽然不深入具体的编程语言语法，但它们清晰地指出了将连续时间系统转化为离散时间系统的过程中，需要在工程实践中特别注意的陷阱。例如，它提到了在有限字长环境下进行状态估计（如卡尔曼滤波）时，如何选择合适的表示精度来保证计算的收敛性，以及在实时系统中如何设计高效的定时中断服务程序来保证控制周期的恒定性，这些都是课堂上鲜少提及，但却是项目失败的关键因素。这种“贴地气”的讲解方式，让读者在学习到先进控制算法的同时，也对实际的资源约束有了切实的认识。它引导我们思考：一个最优美的数学模型，如果无法在现有硬件上以要求的实时性运行，那么它的价值也会大打折扣。因此，这本书不仅仅是传授知识，更是在培养一种全面、务实、注重可实现性的控制系统工程师思维。

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这本书的排版和图文质量，说实话，是相当令人满意的，尤其对于一本技术类书籍来说。我经常遇到那种印刷模糊、图示线条粗糙的教材，光是看图就得费半天劲去分辨哪些是信号线，哪些是反馈通路。但《计算机控制技术》在这方面简直是教科书级别的典范。所有的系统框图、信号流图都采用了清晰的矢量图形，线条干净利落，不同信号流的表示方式（比如虚线、实线、点划线）区分得非常明确，即便是复杂的MIMO（多输入多输出）系统结构图，也能一目了然。此外，书中大量的时域响应曲线图和根轨迹图，色彩搭配合理，坐标轴的标注精确到位，这极大地降低了视觉疲劳，让长时间的阅读变得更加舒适和高效。举个例子，在讲解数字PID控制器的Z域特性时，书中配有一组对比图，清晰地展示了不同比例、积分、微分参数对系统超调、上升时间和稳态误差的影响，这种直观的视觉反馈效果，远胜于纯粹的文字描述。可以说，好的排版设计是技术书籍灵魂的载体，它体现了出版方和作者对读者的尊重。这本书在细节上处理得如此精良，让我觉得这不是一本敷衍了事的教材，而是一部经过精心打磨的专业著作。这对于需要频繁查阅和对比不同控制方案的我来说，无疑大大提升了学习和工作的效率。

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