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页数:309

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出版时间:2008-5

价格:30.00元

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isbn号码:9787030217028

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 工业控制
• 自动化
• 可编程逻辑控制器
• 编程
• 电气工程
• 技术
• 工业自动化
• 单片机
• 嵌入式系统

好的，以下是一本名为《现代信号处理技术》的图书简介，该书内容与《可编程控制器》无关，且力求详尽、自然： --- 现代信号处理技术 绪论：信息时代的基石与挑战 我们生活在一个被信息流深刻塑造的时代，从日常的移动通信到深空的探测，从医学影像诊断到复杂的金融模型构建，无不依赖于对各种物理信号的准确捕获、转换、分析与重构。信号，作为承载信息的载体，其质量和我们提取信息的能力直接决定了现代技术系统的性能上限。《现代信号处理技术》一书，正是立足于这一核心需求，全面系统地阐述了信号处理领域的基本理论、关键算法及其在工程实践中的应用。 本书旨在为电子工程、通信工程、计算机科学、自动化以及相关交叉学科的本科高年级学生、研究生以及一线工程师提供一本深入且实用的参考指南。我们不将信号处理视为孤立的数学工具箱，而是将其定位为连接物理世界与数字智能的桥梁。 第一部分：离散信号与系统的理论基础 本部分构建了理解信号处理的数学框架。信号的数字化是现代处理的前提，因此我们首先深入探讨了连续时间信号到离散时间信号的转换过程，包括采样定理（Nyquist-Shannon 定理）的严格证明及其在实际抗混叠滤波设计中的工程考量。 离散时间系统分析是核心。我们详细考察了线性时不变（LTI）系统的基本性质，利用卷积和差分方程来刻画系统的动态行为。系统的频率响应分析至关重要，本书花费了大量篇幅讲解如何通过傅里叶变换来洞察系统的幅频特性和相频特性，并引入了Group Delay（群延迟）的概念，这对于理解相位失真在语音和图像处理中的影响至关重要。 Z变换作为离散系统分析的强大工具，被系统地引入。我们不仅给出了Z变换的收敛域（ROC）概念及其推导，更侧重于如何利用Z变换来求解复杂的差分方程，判断系统的稳定性和因果性。本章还对比了双边Z变换和单边Z变换的应用场景。 第二部分：频域分析的利器——傅里叶变换及其应用 频域分析是信号处理的灵魂。本书将离散傅里叶变换（DFT）的理论基础与快速傅里叶变换（FFT）的工程实现紧密结合。 DFT 的定义、性质及其与连续傅里叶变换（FT）之间的关系被清晰阐述。随后，我们详细解析了实现 FFT 的核心算法——Cooley-Tukey 算法，包括蝶形运算的原理和不同排列方式（如按位反转抽样）对计算效率的影响。我们讨论了窗口函数（如汉宁窗、海明窗）在实际频谱分析中的作用，解释了为什么截断操作会导致频谱泄漏，以及如何通过选择合适的窗口函数来权衡主瓣宽度和旁瓣衰减率。 此外，功率谱密度（PSD）的估计是本章的另一重点。我们区分了周期图法、Welch 重叠平均法以及更高级的参数化方法（如 Burg 方法），并讨论了在有限长度观测数据下估计功率谱时，偏置（Bias）与方差（Variance）之间的权衡取舍。 第三部分：数字滤波器设计与实现 滤波器是信号处理中最基础、应用最广泛的工具。本书将数字滤波器设计划分为两大主流派系进行深入探讨：无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器。 IIR 滤波器设计部分，我们从模拟滤波器的原型（巴特沃沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器）出发，详尽介绍了从模拟域到数字域的双线性变换法（BLT），及其带来的频率预畸变（Pre-warping）处理。我们分析了 IIR 滤波器在实现高阶低通或带通功能时的优势，同时也指出了其可能存在的相位非线性问题。 FIR 滤波器设计则侧重于其固有的线性相位特性，这在保持信号波形完整性方面具有不可替代的优势。本书详细介绍了窗函数法（Windowing Method）的设计流程，并引入了频率采样法和更高效的等波纹法（Parks-McClellan 算法），该算法基于最优滤波器理论，能够设计出在给定阻带和通带衰减要求下阶数最低的线性相位滤波器。 在实现层面，本书讨论了滤波器的直接型、级联型以及并行型的结构，并分析了定点运算和有限字长效应对滤波器性能（如量化噪声、系数敏感性）的影响。 第四部分：随机信号处理基础 现实世界中的许多信号，如噪声、通信中的信道干扰，本质上是随机过程。本部分将信号处理提升到随机变量和随机过程的层面进行分析。 随机过程的描述是基础，包括均值函数、自相关函数和功率谱密度之间的关系。我们重点讨论了平稳随机过程（Wide-Sense Stationary, WSS）和遍历随机过程（Ergodic）的概念，并解释了为什么它们在工程分析中如此重要。 最优线性滤波是随机信号处理的高级应用。本书详细推导了维纳-霍夫方程（Wiener-Hopf Equation），并给出了其在最小均方误差（MMSE）准则下的求解方法，用于设计最优的预测滤波器和噪声消除滤波器。随后，我们介绍了卡尔曼滤波（Kalman Filter）的递推算法，展示了其如何在存在系统模型不确定性和测量噪声的情况下，对状态变量进行最优线性无偏估计，这是现代导航、控制和目标跟踪的核心算法。 第五部分：现代数字信号处理的进阶主题 为跟上技术发展的步伐，本书在最后引入了几个重要的前沿或交叉领域的主题： 1. 多速率信号处理：深入探讨了采样率转换（SRC）技术，包括抽取（Decimation）和插值（Interpolation）过程中的抗混叠滤波器的设计，以及如何利用滤波器组和小波变换实现高效的信号分解与重构。 2. 自适应滤波：不同于固定系数的经典滤波器，自适应滤波器能够根据输入信号的统计特性在线调整其系数。我们详尽分析了最小均方（LMS）算法的收敛性与步长选择，并介绍了更快速收敛的归一化 LMS (NLMS) 和递归最小二乘 (RLS) 算法，这些在回声消除、信道均衡等方面具有广泛应用。 3. 二维信号处理概述：简要介绍了二维离散傅里叶变换（2D-DFT）及其在图像处理中的基础应用，如二维卷积和频率域滤波，为读者后续深入学习图像与视频处理打下基础。 结语：理论与实践的统一 《现代信号处理技术》力求在理论深度和工程实用性之间取得最佳平衡。全书包含大量的例题、习题和基于MATLAB/Python的仿真练习，旨在帮助读者不仅理解“是什么”，更要掌握“如何做”。掌握这些技术，是理解和开发当代几乎所有涉及信息采集与传输系统的关键能力。 ---

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我关注的重点一直是实际工程应用中的可靠性与故障诊断，所以这本书里关于异常处理和安全联锁机制的论述，是我最感兴趣的部分。作者在这里展现了极强的“工程师思维”，他没有只停留在理论上说“系统应该如何运行”，而是花费了大量篇幅去讨论“当系统没有按预期运行时，应该怎么做”。书中列举了数十种常见的I/O信号漂移、看门狗超时、电源波动等实际工况下的错误代码分析和对应的调试步骤。我尤其欣赏作者对“冗余设计”的探讨，他不仅仅介绍了双机热备的架构，更是深入剖析了在热备切换过程中，数据一致性校验的微妙之处，以及如何通过软件手段来平滑过渡，最大限度减少停机时间。这些细节，是那些仅仅介绍软件界面操作的书籍里绝对不会触及的“内幕”。读完这部分，我立刻感觉自己对维护现场的信心增加了不少，仿佛手里多了一套“急救手册”。它教的不是如何“安装”，而是如何“维持”一个长期稳定运行的复杂系统，这种实战经验的传递，价值千金。

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我原本期望这本书能涵盖一些前沿的工业物联网（IIoT）集成和数据采集的案例，特别是与MES（制造执行系统）层面的对接技术。然而，这本书的内容重心明显更偏向于传统的、基于现场总线的控制逻辑层面的构建。它花了极大的篇幅去解释如何优化梯形图的执行效率，如何编写高效的结构化文本程序，以及如何进行离线仿真和调试。虽然这些是控制领域的基础和核心，但对于当前追求“数据驱动”的工厂智能化来说，似乎缺少了面向云端和大数据分析的桥梁。书中对OPC UA或者MQTT协议在现场侧的应用讨论几乎是空白的，这使得这本书在指导我们如何将现场的实时控制数据有效地抽取、清洗并上传到更高级管理层级时，显得有些力不从心。它像是一位技艺精湛的木匠师傅，教会你如何把木头打磨到极致光滑，但却没告诉你如何用这块木头去搭建一个连接外部世界的现代建筑。因此，它更适合作为提升底层控制技能的经典教材，而非作为指导工厂数字化转型的全景指南。

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这本书的排版和图文搭配，给我的第一印象是“年代感很强”。虽然内容本身涉及到了现代自动化的一些概念，但整体的视觉呈现，让我感觉像是翻阅一本上世纪九十年代末期的技术手册。大量的黑白线条图，清晰度尚可，但缺乏现代印刷技术带来的鲜活感。在色彩方面，几乎是全黑白，这对于区分不同电信号的逻辑状态（比如高低电平）时，造成了不小的困扰，我经常需要对照文字描述才能确定某个逻辑符号的具体含义。这种视觉上的单调，无疑增加了阅读的疲劳度。更让我感到不便的是，全书的索引系统做得比较粗糙，当我想快速定位到某个特定标准（比如IEC 61131-3中的某个特定指令集）时，需要花费比预期更长的时间在目录和页码之间跳转。当然，抛开这些外部因素，这本书的深度依然是毋庸置疑的，只是对于习惯了高清彩色图表和流畅交互体验的年轻一代读者来说，这本书的“卖相”可能不太友好，需要读者拥有极大的耐心去克服这种视觉上的“代沟”。

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这本书的封面设计得相当朴实，那种略带磨砂质感的纸张，让人一摸就知道是本“硬核”的技术读物，丝毫没有多余的浮夸装饰。我刚翻开第一章，就被作者那种近乎严谨的叙事风格所吸引。他没有急于抛出复杂的理论框架，而是从最基础的电气逻辑门讲起，循序渐进地剖析了工业自动化这门学科的“骨架”。那种感觉就像是跟着一位经验丰富的老工程师，在车间里一步步拆解一台老旧的设备，每一个螺丝、每一根导线都讲得清清楚楚。特别是关于时序逻辑和中断处理那几节，作者采用了大量的图示和流程图来辅助说明，即便是初学者，只要肯花时间去研读那些复杂的时序图，也能大致勾勒出系统运行的脉络。书中对不同品牌控制器的底层通讯协议的对比分析，也展现了作者深厚的实践功底，不同于市面上许多只停留在软件操作层面的教材，这本书显然是深入到了硬件和底层软件交互的层面的。阅读过程中，我时不时会停下来，在脑海中模拟一个实际的生产场景，想象着那些指令是如何在微处理器中被解释和执行的。总而言之，这是一本重在“打地基”的著作，如果你想对工业控制有一个宏观且扎实的认知，而不是仅仅学会几个软件操作的“套路”，这本书绝对值得你投入时间去啃。

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这本书的文字功底实在太“老派”了，读起来有一种啃法棍面包的错觉——费劲，但回味无穷。我原本以为这种技术书籍的语言风格会趋于标准化、工具化，但这本书却充满了作者个人的“烙印”。尤其是在探讨模糊控制和自适应算法的部分，作者引入了许多文学化的比喻，比如将PID的三个参数比作乐队指挥中的“力度、节奏和预判”，这种跨界的修辞手法，虽然在学术圈里可能显得不够“精准”，但对于我这种更注重理解而非纯粹记忆的读者来说，却是打开了思路。不过，这种风格也带来了阅读上的障碍，某些段落的句子结构极其复杂，一个长句可以横跨三四行，中间夹杂着大量的从句和插入语，常常需要反复回溯才能完全消化其表达的完整意思。我不得不承认，在某些关于高级状态机设计的章节，我不得不借助外部资料来“翻译”一下作者的表达方式，才能更好地理解其核心思想。它更像是一本“大师的札记”，记录了作者多年的思考结晶，而不是一本面向大众的教科书。对于追求高效、直白知识获取的读者来说，这本书的阅读体验可能会略显“折磨”。

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