Digital Filter Design (Topics in Digital Signal Processing) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-Interscience

作者:T. W. Parks

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1987-08

价格:USD 165.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471828969

丛书系列:

图书标签:

• 数字信号处理
• 数字滤波器
• 滤波器设计
• 信号处理
• 通信系统
• 控制系统
• MATLAB
• 算法
• 理论与应用
• 工程技术

好的，这是一份关于一本未命名的、内容不涉及数字滤波器设计的图书的详细简介。 《现代控制系统理论与应用：基于系统辨识与优化控制的实践指南》 作者： [此处留空，模仿书籍的正式格式] 版次： 第一版 页数： 约 850 页 开本： 16 开 定价： 188.00 元 ISBN： [此处留空，模仿书籍的正式格式] 内容概述 本书聚焦于现代控制理论的前沿领域，特别强调从实际工程问题出发，如何通过系统辨识技术准确建立系统模型，并基于这些模型设计出鲁棒、高效的优化控制策略。全书结构严谨，逻辑清晰，旨在为控制工程领域的研究人员、高级工程技术人员以及研究生提供一本既具理论深度又富含实践指导的参考著作。 本书的写作风格着重于工程实用性，避免了纯粹的数学推导堆砌，而是将理论与实际案例紧密结合。全书分为四个主要部分，层层递进地阐述了从信号基础到复杂多变量系统优化的全过程。 第一部分：控制系统基础与信号处理回顾（非数字滤波器设计） 本部分作为后续复杂理论的铺垫，回顾了经典控制理论的核心概念，并引入了现代控制系统分析所需的信号处理基础。 第一章：控制系统概述与建模基础 本章首先阐述了反馈控制系统的基本结构、稳定性判据（如 Routh-Hurwitz 判据）和暂态响应分析。重点在于介绍线性时不变（LTI）系统的时域和频域特性。随后，深入探讨了状态空间表示法，这是现代控制理论的基石。本章通过详细的算例，展示了如何将传递函数形式转换为标准状态空间形式，并讨论了系统的能控性和能观性分析，为后续的观测器设计奠定基础。 第二章：系统辨识导论与时域辨识 现代控制依赖于精确的模型。本章全面介绍系统辨识的必要性、流程和挑战。我们关注离散时间系统的辨识，特别是数据采集的预处理，包括趋势去除、滤波（强调有限脉冲响应 FIR 滤波器的应用，而非无限冲激响应 IIR 滤波器）和数据归一化。随后，详细介绍子空间辨识法（Subspace Identification Method, SIM），这是一种强大的、对噪声不敏感的辨识技术。此外，还涵盖了递推最小二乘（Recursive Least Squares, RLS）算法在参数估计中的应用，并探讨了如何利用在线数据更新模型参数以适应系统时变特性。 第三章：频域辨识方法与模型验证 本章侧重于基于频域数据的系统辨识。讨论了如何利用频率响应函数（FRF）进行参数估计，特别是针对存在严重噪声污染的工况。重点介绍了正交函数法在模型识别中的应用，以及如何利用谱分析技术来识别系统的固有频率和阻尼特性。模型验证是辨识成功的关键。本章花费大量篇幅讨论了残差分析、预测误差法（Prediction Error Method, PEM）的收敛性分析，以及如何通过交叉验证确定最佳模型结构（阶数选择）。 第二部分：现代状态空间控制器的设计 在成功获取系统模型后，本部分转向如何利用这些模型来设计高性能的状态反馈控制器。 第四章：极点配置与状态反馈 本章深入讲解了极点配置（Pole Placement）技术，包括单输入单输出（SISO）和多输入多输出（MIMO）系统的实现。重点讨论了如何通过选择合适的闭环极点来预设系统的动态性能指标（如超调量、建立时间）。鉴于实际中所有状态变量通常无法直接测量，本章详细介绍了观测器设计，包括 Luenberger 观测器和基于卡尔曼滤波原理的最小阶观测器设计，并分析了观测器增益的选择对系统闭环性能的影响。 第五章：线性二次型调节器（LQR） LQR 是现代控制设计中最具影响力的优化控制方法之一。本章系统地介绍了 LQR 的理论基础，即如何通过最小化一个二次型性能指标（状态误差和控制输入的加权和）来确定最优状态反馈增益。详细推导了代数黎卡提方程（Algebraic Riccati Equation, ARE）的求解方法，并讨论了权重矩阵 $Q$ 和 $R$ 对控制性能和控制能量消耗的权衡作用。此外，还介绍了有限时间 LQR 控制和定常 LQR 控制的对比分析。 第六章：最优观测器与 LQI 控制 本章将最优估计与最优控制相结合，介绍了卡尔曼-布奇（Kalman-Bucy）滤波器的设计原理，以及它如何提供系统状态的最优估计。随后，基于最优状态反馈和最优观测器，构建了线性二次型最优（LQI）控制器。本章还探讨了LQG（Linear Quadratic Gaussian）控制器的设计流程，特别是当系统噪声和测量噪声具有不同统计特性时，如何实现性能的最优化。 第三部分：鲁棒性与不确定性处理 现实世界的系统模型总是存在误差和外部扰动。本部分关注如何设计出对模型不确定性和外部干扰具有良好抵抗力的控制器。 第七章：鲁棒控制基础与 $H_{infty}$ 范数 本章引入了频率响应范数（特别是 $H_{infty}$ 范数）的概念，用以量化系统对外部干扰的放大程度。详细讲解了如何将一个控制问题转化为一个标准 $H_{infty}$ 控制问题，并通过求解相关的不等式来设计出具有特定鲁棒性能指标的控制器。本章重点解析了如何处理加权函数（Weighting Functions），以在不同频率范围内平衡性能与鲁棒性。 第八章：$H_{infty}$ 控制器的综合设计 本章提供了 $H_{infty}$ 控制器综合设计的具体步骤，包括如何选择性能和加权函数，以及如何利用线性矩阵不等式（LMI）求解器来获得控制器参数。特别讨论了混合灵敏度（Mixed Sensitivity）设计方法，这是一种在工程实践中非常有效的鲁棒设计范式，允许工程师同时对控制器的带宽、稳态误差和高频抑制能力进行独立约束。 第四部分：先进优化控制策略与非线性系统初步 本部分拓展到更高级的优化控制领域，并为进入非线性控制领域做了初步介绍。 第九章：模型预测控制（MPC） MPC 作为一类先进的、基于模型的优化控制策略，是本部分的重点。本章详细阐述了 MPC 的核心思想：在每个采样时刻，利用当前状态信息，对未来有限时间窗口内的系统行为进行滚动优化，并仅执行第一步的控制动作。详细介绍了线性模型预测控制（LMPC）的优化问题结构（二次规划求解），以及如何处理等式和不等式约束。本章还包含了 MPC 在约束优化、在线调度和多速率系统中的应用实例。 第十章：非线性控制初步与滑模控制 为应对许多实际系统固有的非线性特性，本章简要介绍了非线性系统的基本挑战。重点介绍了滑模控制（Sliding Mode Control, SMC），这是一种具有高鲁棒性的直接非线性控制方法。详细分析了滑模面的设计、切换律的生成，以及如何处理“抖振”现象。本章通过具体的非线性案例（如机械臂或陀螺仪系统），展示了 SMC 在抵抗参数变化和外部负载扰动方面的强大能力。 附录 附录 A：矩阵分析与特征值分解回顾 附录 B：优化算法基础（二次规划、内点法简介） 附录 C：MATLAB/Simulink 在控制系统设计中的应用实例 本书特色： 1. 理论与工程的完美融合： 不满足于抽象的数学证明，每项理论都配有详细的工程背景和应用案例。 2. 模型驱动的控制设计： 贯穿始终的重点是：如何从实际数据出发，准确建立系统模型（系统辨识），并基于此模型设计高性能控制器。 3. 强调现代工具： 大量篇幅用于介绍 LQR、LQG、$H_{infty}$ 和 MPC 等现代优化和鲁棒控制技术，这些是当前工业界和科研领域的主流方法。 4. 面向实践的案例分析： 每一章的核心概念都伴随着详尽的仿真和实验验证案例，帮助读者掌握从理论到实践的转化过程。 本书适合作为高等院校控制工程、自动化、航空航天、机械工程等专业的研究生教材或高级参考书，对于希望系统提升现代控制系统设计能力的工程师而言，也是一本不可多得的工具书。

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这本书的封面设计相当引人注目，那种深蓝色调配上银灰色的字体，给人一种既专业又深邃的感觉，仿佛一头扎进信息洪流之中。我拿到手的时候，首先被它的厚度震慑住了，沉甸甸的分量感就预示着内容的深度和广度。光是目录那一页，就铺陈开来让人眼花缭乱的术语和章节划分，什么Z变换、窗函数设计、IIR/FIR滤波器，这些名词瞬间就把我拉回了大学时代那些在示波器和面包板前挑灯夜战的日子。我特别欣赏作者在开篇对于数字信号处理基础概念的回顾，那种娓娓道来、层层递进的讲解方式，即便是多年未碰相关领域的工程师，也能迅速找到知识的锚点。它不像有些教材那样只堆砌公式，而是试图用更直观的方式来解释那些抽象的数学原理，比如如何通过图形化的手段来理解滤波器频率响应的特性。

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这本书的价值在于其提供的不仅仅是知识点，更是一种解决问题的系统性思维框架。它不仅教你如何设计一个低通滤波器，更重要的是，它训练你思考——为什么要选择巴特沃斯而不是切比雪夫？它们的幅度响应和群延迟特性差异在音频处理中意味着什么？这种深层次的批判性思考能力，才是真正区分工程师和技术人员的关键。我发现，在面对一个全新的信号处理挑战时，我越来越倾向于回到这本书中寻找解决问题的“范式”。它提供了一套成熟的工具箱，里面装满了经过时间检验的算法和准则。这本书的深度足以支撑研究生阶段的学习，同时其清晰度又保证了工程人员能够快速将其应用于工作实践中，是一本真正具有传承价值的专业书籍。

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内容上的组织逻辑简直是教科书编撰的典范。它不是简单地罗列设计方法，而是构建了一个清晰的“问题——理论基础——解决方案——实现细节”的完整学习路径。比如，在讨论到实际滤波器设计时，它会先探讨实际应用中会遇到的各种约束，比如硬件资源限制、对稳定性的要求，然后才引出最适合当前场景的数学工具。这种从实际需求出发倒推理论的做法，极大地提高了学习的主动性和效率。我尤其喜欢它穿插在章节末尾的“工程实践思考”部分，这些小节往往会深入探讨一些教科书上不常提及的边缘问题，比如量化噪声的影响、有限字长效应如何扭曲理想的滤波器特性，这些都是在真实项目中摸爬滚打才能领悟到的真谛，能让读者从“理论知道”跃升到“实际会用”的层面。

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这本书的排版和装帧质量绝对称得上是教科书中的上乘之作。纸张的质地很好，即便长时间翻阅，眼睛也不会感到明显的疲劳，这对于需要反复研读复杂公式和波形图的读者来说至关重要。更值得称道的是那些图表的绘制精度，无论是时域信号的采样过程，还是频域上的幅度与相位响应曲线，都清晰锐利，线条边缘干净利落，避免了许多低质量印刷品中常见的模糊不清问题。我记得有一次我在对比两种不同的窗函数对频谱泄漏的影响时，对比图做得极其精妙，用不同的颜色深浅和线型就完美地展示了各自的优缺点，让我瞬间就明白了理论上的“好”与“坏”在实际应用中到底意味着什么。这种对细节的执着，让读者在学习过程中，仿佛有一位经验丰富、一丝不苟的导师在旁边耐心指导。

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从语言风格上来说，作者的文字功底非常扎实，既有严谨的学术气息，又不失一种恰到好处的亲切感。它没有采用那种拒人于千里之外的纯粹数学语言，而是巧妙地将复杂的数学概念融入到流畅的叙述之中。阅读过程中，你几乎能感受到作者在努力消除读者与知识之间的隔阂。例如，在解释德赫斯基（Dirichlet）核函数时，他没有直接抛出积分定义，而是通过一个类比，将“理想滤波器”的数学表达想象成一个“完美切割的刀片”，然后解释为什么实际中我们只能用“钝一点的刀”来近似切割，这种生动的比喻极大地降低了理解门槛。这本书读起来一点也不枯燥，更像是与一位博学的同行进行深入的探讨，而不是被动地接受信息灌输。

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