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出版者:清華大學齣版社

作者:周建華，遊佰強

出品人:

頁數:375

译者:

出版時間:2009-6-1

價格:36.00元

裝幀:

isbn號碼:9787302193043

叢書系列:

圖書標籤:

專業
LIB
2012
信號與係統
電路分析
綫性係統
傅裏葉變換
拉普拉斯變換
Z變換
係統分析
通信原理
控製係統
數字信號處理

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具體描述

《信號與係統》以連續時間信號與係統和離散時間信號與係統兩條主綫，采用類比、循序漸進的方式，分彆從時域、頻域、復頻域分析，以及狀態變量分析等幾大主題，係統論述瞭確定性信號經綫性時不變係統傳輸和處理的基本概念及各類分析方法，重點突齣瞭電子信息、通信和控製工程應用背景內涵，並列舉瞭一係列實例分析和最新研究應用進展。

全書共分9章，主要內容包括信號與係統的基本概念、連續與離散係統的時域分析、拉普拉斯變換與連續係統的s域分析、Z變換與離散係統的z域分析、傅裏葉級數和變換與信號的頻域分析、係統的頻域分析及其應用主題、連續與離散係統的狀態變量分析。

深入探索：現代控製理論的基石與前沿圖書名稱：現代控製理論基礎與應用圖書簡介本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且與時俱進的現代控製理論學習路徑。我們摒棄瞭對傳統信號與係統基礎概念的重復贅述，直接聚焦於現代控製理論的核心框架、分析工具以及麵嚮復雜工程實際的先進設計方法。本書的深度和廣度，使其成為理論研究人員、係統工程師以及高年級本科生和研究生不可或缺的參考手冊。第一部分：狀態空間錶示——現代控製的語言本書伊始，我們將建立一個堅實的現代控製理論的數學基礎。與側重於頻率響應和傳遞函數的傳統方法不同，我們從狀態空間（State-Space）錶示入手。這不僅僅是一種描述係統行為的方式，更是理解係統內部動力學、易於進行數學處理和計算的基石。綫性時不變（LTI）係統的狀態空間模型構建：詳細闡述如何從物理微分方程、傳遞函數或模塊化框圖直接推導齣標準形式的狀態空間錶示，包括可控規範形（Controllable Canonical Form）和可觀性規範形（Observable Canonical Form）。非綫性係統的描述與簡化：針對實際工程中常見的非綫性問題，本書將介紹李雅普諾夫意義下的局部綫性化方法，並深入探討描述函數法和相平麵分析在理解基本非綫性現象（如極限環振蕩）中的應用。係統性質的判定：重點解析基於狀態空間描述的能控性（Controllability）和能觀測性（Observability）判據。我們將通過詳細的案例分析，展示如何利用卡爾曼可控性/可觀測性矩陣來精確判斷係統是否滿足基於狀態反饋和狀態觀測器的設計前提。第二部分：現代分析工具與穩定性理論本部分將超越經典的勞斯-赫爾維茨判據，深入探討更具係統性和通用性的穩定性分析方法。李雅普諾夫穩定性理論（Lyapunov Stability Theory）：這是現代控製理論的靈魂。我們將係統地介紹李雅普諾夫第一法（直接法）和第二法（間接法）。重點在於如何構造閤適的李雅普諾夫函數來判定係統的漸近穩定、指數穩定乃至指數有界性，這對於非綫性係統分析至關重要。我們將提供構建二次型李雅普諾夫函數的具體步驟，並探討對LTI係統而言，李雅普諾夫方程（Lyapunov Equation）的求解及其與特徵值位置的關係。極點配置與可控性反饋：深入探討通過狀態反饋 $u = -Kx$ 來任意配置係統閉環極點的設計過程。我們將詳細推導 Ackermann 公式或使用基於規範形的直接矩陣方程求解方法，並結閤極點在復平麵上的位置對係統暫態響應的影響進行深入分析。觀測器設計：針對狀態變量無法直接測量的常見情況，本書將詳細介紹最小階和簡化階觀測器（Luenberger Observer）的設計。觀測器的極點選擇策略與主係統極點配置策略之間的相互關係將被清晰闡述，確保估計誤差的快速衰減。第三部分：最優控製與隨機係統在精確的數學模型和穩定性得到保證後，我們轉嚮如何使係統性能達到“最優”，以及如何處理現實世界中不可避免的噪聲和不確定性。綫性二次型調節器（LQR）： LQR是現代控製設計的黃金標準。本書將詳盡推導代數黎卡提方程（Algebraic Riccati Equation, ARE），並解釋其解 $P$ 如何導齣最優狀態反饋增益 $K$。我們將深入探討性能指標函數中權重矩陣 $Q$ 和 $R$ 對控製性能和執行器輸入的權衡作用，以及最優控製器的魯棒性初步考量。卡爾曼濾波（Kalman Filtering）：針對包含過程噪聲和測量噪聲的綫性隨機係統，本書將詳細介紹卡爾曼濾波器的遞推算法。我們將從最小均方誤差（MMSE）估計的角度推導狀態協方差傳播方程和增益矩陣的更新方程，展示卡爾曼濾波器如何實時提供最優的狀態估計，這是現代導航、製導和跟蹤係統的核心。 H-無窮（H-infinity）控製簡介：鑒於LQR對模型精確性的高要求，本書將引入H-infinity控製作為一種應對不確定性和外部擾動的強大工具。我們將從輸入輸齣範數最小化的角度，簡要介紹其關鍵的綫性矩陣不等式（LMI）求解框架，為讀者進入更先進的魯棒控製領域打下基礎。第四部分：先進主題與實踐考量本部分將內容延伸至實際工程應用中經常遇到的復雜問題。時間延遲係統：針對存在時間滯後的物理係統，我們將討論基於特徵方程的穩定性判據（如點陣圖法），並介紹將延遲係統轉化為無限維狀態空間模型的基礎方法。離散時間係統分析：詳細講解如何將連續時間係統轉化為離散時間係統，並分析零階保持器（ZOH）和一階保持器（FOH）對係統性能的影響。重點在於離散時間LQR和卡爾曼濾波器的實現細節。模型簡化與降階：在大型復雜係統中，狀態維度過高可能導緻計算睏難和物理不可實現性。本書將介紹模態截斷法和平衡截斷法（Balanced Truncation）等現代降階技術，確保簡化後的低階模型仍能保留原係統最重要的動態特性。本書特色：本書的敘事邏輯嚴密，從狀態定義齣發，層層遞進到分析、設計、優化，直至魯棒性考量。我們精選瞭大量的工程實例（如機械臂控製、電力係統穩定、航空器姿態控製），這些案例均直接使用狀態空間錶示進行建模和求解，確保讀者能夠將抽象的理論工具無縫遷移到實際的工程問題中去。我們相信，隻有徹底掌握狀態空間語言，纔能真正駕馭現代控製理論的前沿領域。

著者簡介

圖書目錄

第1章　緒論
1.1　連續時間信號
1.1.1　連續信號的數學模型與基本運算
1.1.2　典型的常用連續信號
1.2　離散時間信號
1.2.1　離散信號的數學模型與基本運算
1.2.2　典型的常用離散序列
1.3　連續時間係統
1.3.1　實際係統的數學模型
1.3.2　典型的連續時間係統
1.3.3　連續係統的綫性時不變性
1.4　離散時間係統
1.4.1　離散係統的數學模型
1.4.2　典型的離散時間係統
1.4.3　離散係統的綫性時不變性
1.5　LTI係統的分析方法和重要工具
1.6　小結和學習要點
習題
第2章　連續時間LTI係統的時域分析
2.1　係統時域模型的建立
2.2　自由響應與強迫響應
2.3　零輸入響應與零狀態響應
2.4　衝激響應與階躍響應
2.5　捲積法
2.6　小結和學習要點
習題
第3章　離散綫性時不變係統的時域分析
3.1　係統時域模型的建立
3.2　自由響應與強迫響應
3.3　零輸入響應與零狀態響應
3.4　衝激響應與階躍響應
3.5　捲積和與反捲積和
3.5.1　捲積和與零狀態響應的求解
3.5.2　反捲積和及其應用
3.6　小結和學習要點
習題
第4章　連續時間LTI係統的s域分析
4.1　拉普拉斯變換與逆變換
4.1.1　單邊拉普拉斯變換
4.1.2　雙邊拉普拉斯變換
4.1.3　拉氏逆變換
4.2　拉氏變換求解法
4.2.1　微分方程的求解
4.2.2　電路的s域分析法
4.3　係統函數及s平麵分析
4.3.1　時域特性與頻響特性的分析
4.3.2　頻響特性的s平麵分析
4.4　連續係統的因果性與穩定性分析
4.5　小結和學習要點
習題
第5章　離散時間LTI係統的z域分析
5.1　Z變換與逆變換
5.1.1　Z變換方法
5.1.2　Z變換與拉氏變換的關係
5.1.3　逆Z變換方法
5.2　Z變換求解法
5.2.1　差分方程的Z變換求解法
5.2.2　模擬方框圖的z域分析法
5.3　係統函數及z平麵分析
5.3.1　係統函數
5.3.2　時域特性與頻響特性
5.3.3　頻響特性的z平麵分析
5.4　離散係統的因果性與穩定性分析
5.5　小結和學習要點
習題
第6章　信號的頻域分析
6.1　周期信號的傅裏葉級數與頻譜圖
6.1.1　三角函數形式的傅裏葉級數展開
6.1.2　指數形式的傅裏葉級數展開
6.1.3　周期信號的功率特性
6.1.4　特殊信號的傅裏葉級數展開
6.1.5　傅裏葉級數的有限展開及其誤差分析
6.1.6　典型信號的傅裏葉級數展開
6.2　連續時間信號的傅裏葉變換與頻譜
6.2.1　傅裏葉變換方法
6.2.2　典型非周期信號的傅裏葉變換
6.2.3　傅裏葉變換的基本性質
6.2.4　周期信號的傅裏葉變換
6.3　離散時間信號的傅裏葉變換
6.4　信號的能量和功率密度譜
6.5　小結和學習要點
習題
第7章　綫性係統的頻域分析
7.1　綫性係統的頻域響應求解
7.2　無失真傳輸與理想濾波器
7.2.1　綫性係統的無失真傳輸
7.2.2　理想低通濾波器
7.3　係統的物理可實現性
7.4　信號的調製與解調
7.4.1　抑製載波振幅調製（AM-SC）與同步解調
7.4.2　振幅調製（AM）與包絡解調
7.4.3　調幅信號的傳輸
7.5　連續信號的抽樣與恢復
7.5.1　抽樣信號的頻譜分析
7.5.2　抽樣定理和信號的恢復原理
7.5.3　實際係統中的信號抽樣和恢復
7.6　脈衝幅度調製（PAM）和脈衝編碼調製（PCM）
7.7　信號多路復用技術
7.8　小結和學習要點
習題
第8章　連續時間係統的狀態變量分析
8.1　信號流圖與狀態方程的建立
8.1.1　信號流圖分析法
8.1.2　狀態方程的建立
8.2　連續係統的狀態方程求解
8.2.1　狀態方程的時域求解
8.2.2　狀態方程的s域求解
8.2.3　由狀態方程求係統函數
8.3　狀態矢量的綫性變換
8.4　連續係統的特性分析
8.4.1　係統的穩定性
8.4.2　係統的可控性和可觀測性
8.5　小結和學習要點
習題
第9章　離散時間係統的狀態變量分析
9.1　信號流圖與狀態方程的建立
9.1.1　信號流圖分析法
9.1.2　狀態方程的建立
9.2　離散係統的狀態方程求解
9.2.1　狀態方程的時域求解
9.2.2　狀態方程的z域求解
9.2.3　由狀態方程求係統函數
9.3　狀態矢量的綫性變換
9.4　離散係統的特性分析
9.4.1　係統的穩定性
9.4.2　係統的可控性和可觀測性
9.5　小結和學習要點
習題
附錄
部分習題參考解答
索引
參考文獻
· · · · · · (收起)

讀後感

評分☆☆☆☆☆

用戶評價

评分☆☆☆☆☆

近期研讀的這本關於概率論與數理統計的教材，給我的印象是極其“務實”。它開篇沒有過多地糾纏於集閤論的基礎，而是直接切入現實世界中的隨機現象，比如彩票中奬的概率、醫療診斷的準確率等，用這些鮮活的例子迅速抓住瞭讀者的注意力。作者對於條件概率和貝葉斯定理的講解，可以說是教科書級彆的範本，他用瞭一個貫穿全書的“醫生-疾病”模型，層層遞進，直到讀者能夠熟練地應用貝葉斯公式進行逆嚮推理。統計推斷的部分，著重於假設檢驗的實際操作流程，非常強調對p值和置信區間的正確解讀，並列舉瞭許多“統計誤用”的案例，對於培養嚴謹的科學態度很有幫助。美中不足的是，在處理高維隨機變量和矩生成函數等更高級的主題時，論證略顯倉促，似乎是為瞭趕進度而一筆帶過，留下瞭不少需要讀者自行補全的跳躍環節，這對於初學者來說可能不夠友好。但就其構建統計思維而言，這本書的價值是無可替代的。

评分☆☆☆☆☆

最近翻閱的這本關於離散數學的專著，簡直是為計算機科學的“硬核”學習者量身定做的聖經。它對圖論和組閤數學的覆蓋麵之廣，令人嘆為觀止，幾乎囊括瞭算法設計中所有核心的結構化思維。作者的敘事風格非常“工程師”化，強調效率和可實現性，每一個算法的復雜度分析都細緻入微，不僅給齣瞭漸近復雜度，還探討瞭在不同硬件架構下實際運行時間的差異，這一點對於我正在進行的項目優化工作提供瞭極大的幫助。書中穿插的案例研究，幾乎都來自於操作係統、編譯器設計和數據庫管理的前沿領域，這讓抽象的數學結構瞬間具備瞭落地的價值感。我尤其喜歡它在講解布爾代數與邏輯電路設計章節的組織方式，從最基礎的邏輯門開始，逐步構建齣復雜的組閤電路和時序電路，每一步都伴隨著清晰的真值錶和波形圖，讓人在構建數字係統的同時，自然而然地吸收瞭背後的數學原理。缺點嘛，或許在於它過於側重效率而犧牲瞭一些理論的優雅性，對於純粹的數學愛好者來說，可能會覺得少瞭點那種“美感”。

评分☆☆☆☆☆

我對這本探討經典力學原理的譯著的感受十分復雜。它的文字風格古樸而又不失哲思，像是在閱讀一篇跨越時空的對話錄，而非一本教科書。作者對牛頓運動定律的闡釋，跳脫瞭高中物理的框架，直接引入瞭拉格朗日和哈密頓力學的思想雛形，這使得即使是最基礎的拋體運動問題，也被賦予瞭能量守恒和路徑積分的深刻內涵。書中對於微小擾動下的周期性運動的分析尤為精彩，它用非常簡潔的微分方程，精確地預測瞭看似隨機的擺動如何演變成混沌邊緣的復雜模式，這讓我對“確定性”的理解産生瞭動搖。不過，這本書的數學工具要求非常高，沒有紮實的微分方程基礎，光是閱讀到第二章就會感到步履維艱。印刷質量上倒是無可挑剔，圖示清晰、排版舒展，但在一些關鍵的矢量分析部分，圖注的標注略顯擁擠，需要藉助放大鏡纔能完全看清符號的指嚮。總的來說，這是一本適閤有一定物理基礎，渴望深入探究運動本質的“思想者”閱讀的佳作。

评分☆☆☆☆☆

我最近讀到的這本關於應用數值方法的專著，徹底顛覆瞭我對“計算”的看法。它不僅僅是教你如何用有限差分法來近似求解偏微分方程，更是在探討計算精度、穩定性和收斂性之間的微妙平衡。作者在處理非綫性方程的求解時，對牛頓法和割綫法的迭代過程進行瞭深入的幾何解釋，展示瞭為什麼某些初始猜測值會導緻災難性的發散，這種“失敗案例分析”比單純的成功公式介紹更有教育意義。尤其讓我印象深刻的是關於矩陣求解的部分，它詳細對比瞭高斯消元法、LU分解以及迭代法（如雅可比和高斯-賽德爾）在處理大規模稀疏矩陣時的優劣，這些內容都是實際工程仿真中必須麵對的問題。這本書的語言是極其簡潔、數據驅動的，很少有冗餘的修飾詞，全書的重點都放在瞭算法的構造和誤差的控製上。如果非要找個缺點，那就是全書幾乎沒有彩圖，所有的誤差雲圖和收斂麯綫都是用黑白綫條錶示，視覺上略顯單調乏味，但其內容的深度絕對能彌補這份視覺上的不足。

评分☆☆☆☆☆

這本新近讀完的數學分析教材，真是讓我又愛又恨。它的理論推導部分嚴謹得像是外科手術刀下的精確操作，每一個步驟都無可挑剔，讓我對微積分的底層邏輯有瞭前所未有的清晰認識。作者在處理極限和連續性這些抽象概念時，大量運用瞭直觀的幾何解釋和貼近實際的物理模型，這極大地降低瞭學習麯綫，尤其是對於那些初次接觸高等數學的學生來說，簡直是一劑強心針。我特彆欣賞其中關於級數收斂性的討論，它不僅僅停留在“是什麼”的層麵，更是深入剖析瞭“為什麼”會這樣，引用瞭許多曆史上的經典案例，讓枯燥的公式活瞭起來，仿佛能看到牛頓、萊布尼茨他們當年推導時的神情。不過，這本書的習題設計也著實考驗功力，後半部分的證明題難度陡增，有些甚至需要結閤好幾章的內容纔能勉強得齣結論，我經常陷在某一道題裏好幾天，黑闆上寫滿瞭推導過程，最後纔發現隻是一個細微的代數錯誤導緻滿盤皆輸。總的來說，它是一本需要沉下心來、反復咀嚼纔能領會其中真諦的經典之作，但迴報是紮實的數學功底。

评分☆☆☆☆☆

看瞭前七章，八九章內容暫時用不上，發現書裏有處小錯誤。就內容而言，缺乏周期離散傅裏葉變換的相關信息，不夠全麵。其他還好，簡潔條理清晰。

评分☆☆☆☆☆