信号处理MATLAB实验教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:144

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出版时间:2009-6

价格:20.00元

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isbn号码:9787301151686

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图书标签:

• 信号处理
• MATLAB
• 实验
• 教程
• 通信
• 工程
• 数字信号处理
• 图像处理
• 算法
• 高等教育
• 理工科

好的，以下是为您量身定制的图书简介，主题聚焦于现代控制理论及其在工程领域的应用，与您提到的《信号处理MATLAB实验教程》内容完全不冲突，且力求专业、详实，避免程式化的表达。 --- 图书名称：现代控制系统设计与鲁棒性分析 深度解析：从经典理论到前沿控制策略的桥梁 本书旨在为控制工程、自动化、航空航天、机械电子等领域的工程师和研究生提供一套系统、深入且具有实践指导意义的现代控制理论学习与应用指南。我们摒弃了传统教材中过于抽象的数学推导堆砌，转而着重于理论与实际工程问题之间的紧密联系，构建一个从基础概念到复杂系统鲁棒性设计的完整知识框架。 第一部分：控制系统的数学建模与状态空间重构 (The Language of Modern Control) 本部分是理解现代控制系统的基石。我们首先回顾了经典控制理论（如传递函数模型）的局限性，并引入了状态空间表示法作为分析多输入多输出（MIMO）系统的核心工具。 关键内容细述： 1. 系统辨识与线性化： 详细介绍了如何针对非线性物理系统（如机械臂、飞行器姿态系统）进行泰勒展开线性化处理，并讨论了系统辨识中常用数据的采集、预处理与参数估计方法（如最小二乘法在系统辨识中的应用）。 2. 状态空间模型构建： 深入讲解了二阶微分方程如何转化为标准形式 $dot{mathbf{x}} = mathbf{A}mathbf{x} + mathbf{B}mathbf{u}$ 和 $mathbf{y} = mathbf{C}mathbf{x} + mathbf{D}mathbf{u}$。重点分析了系统的物理参数（质量、惯量、阻尼系数）如何直接映射到系统矩阵 $mathbf{A}$ 中，确保了建模的物理可解释性。 3. 可控性与可观测性分析： 运用卡尔曼行列式（Kalman Rank Condition）不仅是作为理论判据，更重要的是探讨在实际工程中，哪些执行器和传感器布局是实现有效控制的前提。例如，分析一个四旋翼无人机在存在风扰时，其姿态控制回路的可观测性对估计器的设计有何影响。 4. 模态分析与解耦： 探讨如何通过状态反馈（状态转移矩阵的特征值）来分析系统的固有动态特性，以及如何利用状态变换将耦合系统转化为解耦的对角形式，为后续的控制器设计打下基础。 第二部分：经典极点配置与现代最优控制 (Achieving Desired Dynamics) 本部分聚焦于如何根据工程需求，主动设计反馈律，使系统达到期望的动态性能指标。 关键内容细述： 1. 状态反馈极点配置（Pole Placement）： 详细阐述了Ackermann公式在小型系统中的应用，并着重介绍了当系统规模较大或存在冗余度时，如何采用更具鲁棒性的分配方法（如迭代法或LQR权重优化法）来选择反馈增益 $mathbf{K}$。 2. 系统观测器设计（Estimators）： 鉴于并非所有状态变量都能直接测量，本章深入探讨了状态观测器（如Luenberger观测器）的构建原理。特别地，我们引入了卡尔曼滤波（Kalman Filtering）的完整推导过程，着重分析了状态噪声协方差矩阵 $mathbf{Q}$ 和测量噪声协方差矩阵 $mathbf{R}$ 如何直接影响估计精度与收敛速度的权衡，这对于高精度导航和跟踪系统至关重要。 3. 最优控制理论（Optimal Control - LQR）： 这是现代控制的核心。本书不仅推导了代数李卡提方程（ARE）的求解过程，更侧重于LQR（Linear Quadratic Regulator）中权重矩阵 $mathbf{Q}$ 和 $mathbf{R}$ 的工程化调整策略。我们提供了大量的案例，说明如何通过调节对“状态误差”和“控制能量”的惩罚权重，来平衡系统的快速响应与控制输入的平滑性。 4. 复合控制结构： 结合极点配置与LQR，讲解了如何设计包含前馈项（Feedforward）和状态反馈（State Feedback）的复合控制器，以应对系统在特定参考轨迹上的精确跟踪需求。 第三部分：面向不确定性的控制：鲁棒性与鲁棒控制 (Handling Real-World Imperfections) 现代控制工程的最终挑战在于“不确定性”——即模型与实际之间的误差、外部扰动以及系统参数的漂移。本部分是本书的特色和重点，它直接面向解决工程实践中的难题。 关键内容细述： 1. 系统不确定性的建模： 区分了参数不确定性（如质量变化）和外部扰动（如风载荷），并引入了区间矩阵和结构化不确定性模型（如$ Delta $块）来描述这些不确定性。 2. 鲁棒稳定性和结构限制： 深入解析了小增益定理（Small Gain Theorem）在确保闭环系统稳定性方面的作用，并讨论了范数受限的扰动对系统性能的实际影响。 3. $H_{infty}$ 控制器设计： 详细介绍了$H_{infty}$控制理论的核心思想——将控制器设计转化为求解一个加权约化代数李卡提方程（ARE）。重点在于如何选择合适的加权函数 $W_P(s)$ 和 $W_U(s)$ 来限制系统在特定频段的灵敏度函数和互作用增益，从而保证系统对某一类外部干扰的抑制能力。 4. $H_2$ 与 $H_{infty}$ 的对比与融合： 明确了 $H_2$ 侧重于高斯白噪声的最小化（最优估计），而 $H_{infty}$ 侧重于最坏情况下的性能保证（最大抑制）。本书提供了一个统一的框架，指导读者何时应该选择哪种控制器，以及如何通过广义系统（Generalized Plant）的构建，同时考虑性能和鲁棒性的混合目标。 5. 基于线性矩阵不等式（LMI）的分析与综合： 介绍了如何将复杂的非线性矩阵不等式转化为标准凸优化问题，并通过成熟的LMI求解器（例如，在专业的数值计算环境中）来验证系统的鲁棒稳定性，并综合出满足鲁棒性能指标的控制器参数。 实践导向与深度展望 本书的每一章都配备了详细的工程案例分析，使用标准的控制工具箱进行仿真验证，确保读者不仅理解“如何做”，更理解“为什么这样做”。我们强调了从物理意义到数学描述再到工程实现的完整闭环思维，为读者在面对高动态、高精度、高可靠性要求的现代控制系统设计任务时，提供坚实的理论武器和实用的设计方法论。 本书适合对象： 自动化、航空航天、车辆工程、机器人学等领域的本科高年级学生及研究生。 从事系统控制、伺服驱动、运动控制算法开发的工程师。 希望从经典PID控制进阶到现代鲁棒控制方法的科研人员。 ---

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我一直觉得，信号处理的学习难点在于如何将“黑箱”操作变得透明化。这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅是简单地告诉我们某个函数可以实现某种滤波，而是深入剖析了该滤波器的内在机制，并用MATLAB代码将其实现。例如，在讲解小波变换时，作者详细说明了多分辨率分析的原理，并展示了如何通过不同尺度的母小波对信号进行分解和重构，这让我对小波去噪有了豁然开朗的感觉。书中的案例选择也很有代表性，涵盖了从基本的信号生成、分析到复杂的系统辨识和控制。这本书的价值在于，它不仅仅是一本实验指导手册，更是一本深入理解信号处理核心思想的桥梁书。对于希望构建扎实理论基础并能熟练运用MATLAB进行工程实践的学习者，我强烈推荐。

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这是一本非常“接地气”的教材。它的排版和视觉效果也值得称赞，图文并茂，关键的数学公式和MATLAB命令都用醒目的方式标出，阅读起来很舒服。我特别欣赏作者在介绍完某个算法或理论后，总会立刻跟进一个具体的应用案例。这种“先理论，后实践”的模式，使得知识的吸收非常连贯。举个例子，在涉及随机信号处理时，作者并没有停留在理论的介绍，而是设计了一个模拟通信系统的仿真场景，让我们亲手去观察在不同信噪比下，系统性能的变化。这种动手实践的乐趣是看纯理论书籍无法体会的。对于那些希望通过项目驱动来学习信号处理的读者来说，这本书无疑提供了丰富的“项目库”。它不仅教会了我们“是什么”，更重要的是教会了我们“怎么做”。

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读完这本教程后，我对信号处理的理解上升到了一个新的层次。我之前在学习线性系统理论时，总感觉那些矩阵运算和公式推导有些枯燥乏味，直到我开始用MATLAB来仿真。这本书的作者显然非常懂得读者的痛点，他们巧妙地将抽象的数学概念转化为可视化的仿真结果。比如，书中对卷积和相关性的讲解，不仅仅是给出了公式，而是通过模拟不同信号的叠加与平移过程，展示了它们是如何在时域和频域上相互作用的。这种直观的呈现方式，让原本晦涩难懂的概念变得生动起来。我尤其喜欢它在讲解频谱分析部分的处理方式，通过实际采集的声音信号进行FFT分析，然后用不同的窗口函数去观察噪声和频率分数的表现，这种实践操作让人印象深刻。对于想从事相关领域研究或者工程应用的人来说，这本书提供的不仅仅是知识，更是一种解决问题的思路。

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这本书实在是太棒了，我最近在学习数字信号处理，市面上的教材要么理论太深奥，要么代码示例太少，很难将理论与实践结合起来。当我找到这本《信号处理MATLAB实验教程》时，简直如获至宝。它的内容组织非常清晰，从最基础的离散时间信号与系统开始，逐步深入到傅里叶变换、Z变换、滤波器设计等核心内容。最让我惊喜的是，每一章都配有大量的MATLAB实例和详细的步骤解析。不像有些书，只给出一堆代码，让你自己去摸索。这本书真的做到了“手把手”教学，我跟着书中的代码敲了一遍，立刻就能看到理论在计算机上运行的效果，这对于理解复杂的概念非常有帮助。比如，在讲解FIR滤波器设计时，书里不仅讲解了窗函数法的原理，还通过具体的例子展示了不同窗函数对滤波器性能的影响，让我对“设计一个合适的滤波器”有了更直观的认识。如果你也像我一样，需要一本既有深度又不失实践性的信号处理学习资料，这本书绝对是首选。

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坦率地说，这本书的讲解风格非常务实。它不像某些学术著作那样，堆砌大量的数学证明和定理，而是直奔主题，把重点放在了如何使用MATLAB来解决实际问题上。对于我这种偏向工程应用的学习者来说，这简直是福音。书中对MATLAB工具箱的介绍也非常到位，很多高级功能和函数的使用方法，书里都有详尽的说明和示例代码。我记得在学习自适应滤波的部分，本来以为会非常复杂，但通过书中对LMS算法的逐步推导和仿真演示，我很快就掌握了其核心思想，并能应用到实际的噪声消除问题中。而且，书中的代码质量很高，结构清晰，注释也很到位，即使是初学者也能很快上手，不用花大量时间去调试那些不必要的语法错误。这本教程确实大大缩短了我的学习曲线。

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