基本信息
书名：信号与系统
定价：40.00元
作者：王玲花
出版社：机械工业出版社
出版日期：2009-01-01
ISBN：9787111253556
字数：
页码：
版次：1
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.522kg
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内容提要
本书系统讲述了信号与系统的基本概念与理论及其分析方法。全书共分8章，重点讲述了线性时不变系统，主要内容包括连续信号与系统的基本概念及其时域分析法、傅里叶级数分解与傅里叶变换及频域分析法、拉普拉斯变换及复频域分析法、离散信号与系统的基本概念及其时域与频域分析方法，还介绍了信号与系统理论在信号处理和通信方面的基本应用，后介绍了连续系统与离散系统的状态变量描述方法。每章都配有小结和丰富精炼的例题与习题，并给出典型的MATLAB仿真例题，书后附有部分习题参考答案。
本书可作为电子工程、通信、自动化、电气工程及其自动化、计算机类、机电类等相关专业“信号与系统”的本科生教材，也可供从事信息获取、转换、传输和处理、系统设计等领域的研究生、教师和广大科技工作者自学与参考，并可作为相关理工科专业“信号与系统”课程的研究生入学考试参考书。
目录
作者介绍
文摘
序言
《现代控制理论基础与应用》 内容概要： 本书系统地阐述了现代控制理论的核心概念、基本原理和分析方法，并结合大量工程实践中的典型案例，深入浅出地介绍了现代控制理论在各个领域的广泛应用。本书旨在为读者构建一个扎实的理论基础，并培养解决实际工程问题的能力。 第一部分：现代控制理论基础 第一章：线性系统时域分析 本章首先回顾了经典控制理论中关于系统建模和时域分析的基本概念，为引入现代控制理论奠定基础。重点介绍连续时间系统和离散时间系统的状态空间表示方法。 状态空间表示： 详细讲解如何将线性常系数微分方程或差分方程转换为一组一阶微分方程或差分方程的矩阵形式，即状态方程和输出方程。深入分析状态变量的选择及其物理意义，以及状态空间表示的唯一性和等价性。 解耦系统与耦合系统： 分析系统状态变量之间的相互影响，理解耦合系统的复杂性，并介绍如何通过适当的状态变换来解耦系统，简化分析。 向量微分方程的解： 推导并详细讲解齐次线性常系数微分方程组的矩阵指数解法，包括其性质和计算方法。对于离散时间系统，则讲解矩阵差分方程的解法。 系统稳定性分析： 深入探讨线性系统在零输入和非零输入下的稳定性概念，包括Lyapunov稳定性、渐近稳定性、指数稳定性等。详细介绍如何利用系统的特征值来判断线性系统的稳定性。 可控性与可观性： 定义并分析系统的可控性（系统能否被状态反馈完全控制）和可观性（系统输出能否完全反映内部状态）。介绍判定可控性和可观性的充要条件，以及它们在系统设计中的重要性。 能控标准型与能观标准型： 讲解如何通过状态变换将系统化为特定的标准型（如能控标准型、能观标准型），这些标准型在控制器设计和状态估计方面具有重要的理论和实践意义。 第二章：线性系统频域分析 本章将经典控制理论中的频域分析方法与现代控制理论相结合，进一步拓展系统的分析维度。 传递函数矩阵： 介绍多输入多输出（MIMO）系统的传递函数矩阵概念，并阐述其与状态空间表示之间的联系。 频率响应分析： 讲解如何通过频率响应来分析系统的动态特性，包括幅频特性和相频特性。分析不同频率下系统对输入信号的放大和相移作用。 Nyquist判据与Bode图： 回顾并深入讲解Nyquist稳定判据在多变量系统稳定性分析中的应用。详细介绍Bode图的绘制和解读方法，以及如何通过Bode图分析系统的带宽、截止频率、相位裕度和增益裕度。 根轨迹分析： 介绍根轨迹的概念及其在分析系统参数变化对系统性能影响中的作用。讲解绘制根轨迹的基本规则和方法。 二阶系统的时域与频域联系： 深入分析二阶系统（如阻尼振荡系统）的阻尼比和固有频率如何影响其时域响应（如超调量、调节时间）和频域响应（如幅值峰值、中心频率）。 第三章：状态反馈与状态估计 本章是现代控制理论的核心内容，集中讲解如何通过状态反馈来设计高性能的控制器，以及如何通过状态估计器来估计系统不可测量的状态。 状态反馈控制： 详细介绍状态反馈的概念，即利用系统的状态变量作为控制信号的函数来改变系统的动态性能。推导并讲解极点配置（Pole Placement）方法，即通过选择合适的状态反馈增益矩阵，将闭环系统的极点配置到期望的位置，从而实现对系统性能的精确控制。 Ackermann公式： 介绍使用Ackermann公式来直接计算实现极点配置所需的状态反馈增益矩阵。 最优状态反馈（LQR）： 引入线性二次型调节器（Linear Quadratic Regulator, LQR）理论，讲解如何根据性能指标（二次型代价函数）设计最优状态反馈控制器，以在控制性能和控制能量消耗之间取得最佳平衡。 状态估计器： 介绍当系统状态变量无法直接测量时，如何通过输出反馈和系统模型来估计系统的状态。详细讲解Luenberger状态估计器的设计原理和方法，以及如何通过选择估计器的极点来影响估计的速度和精度。 最小阶状态估计器： 介绍当输出维度小于状态维度时，如何设计最小阶状态估计器。 卡尔曼滤波（Kalman Filter）： 深入介绍卡尔曼滤波理论，这是一种最优线性状态估计方法，能够处理系统噪声和测量噪声，并给出在统计意义上最优的状态估计。详细讲解卡尔曼滤波的递推算法和实际应用。 状态反馈与状态估计的结合： 讲解如何将状态估计器与状态反馈控制器相结合，形成实际的闭环控制系统（即分离原理）。 第四章：线性离散时间系统 本章将现代控制理论的分析方法推广到离散时间系统，这是数字控制和计算机控制的基础。 离散时间系统状态空间表示： 讲解离散时间系统的状态方程和输出方程，以及差分方程向状态空间形式的转换。 Z变换与系统函数： 介绍Z变换在离散时间系统分析中的应用，以及离散时间系统的系统函数。 离散时间系统的稳定性： 讲解离散时间系统稳定性的判据，例如单位圆判据。 离散时间系统的可控性与可观性： 推广连续时间系统的可控性与可观性概念到离散时间系统。 离散时间系统的状态反馈与状态估计： 讲解离散时间系统的极点配置、LQR设计、Luenberger估计器和卡尔曼滤波。 第二部分：现代控制理论的应用 第五章：非线性系统控制 本章开始介绍现代控制理论在非线性系统中的扩展应用，这是许多实际工程系统更普遍的形态。 非线性系统的表示： 介绍非线性系统的各种表示方法，包括输入-输出描述和状态空间描述。 线性化方法： 讲解如何对非线性系统在工作点附近进行线性化，从而应用线性控制理论进行初步分析和设计。 Lyapunov稳定性理论： 深入介绍Lyapunov直接法和间接法，用于分析非线性系统的稳定性，不依赖于求解非线性方程。 反馈线性化： 介绍一种重要的非线性控制技术，通过巧妙的状态反馈和坐标变换，将非线性系统转化为等价的线性系统，从而可以应用成熟的线性控制方法。 一些典型的非线性控制策略： 简要介绍滑模控制、模糊控制、神经网络控制等先进的非线性控制技术。 第六章：最优控制理论 本章重点介绍如何设计在某种优化准则下性能最优的控制器。 变分法与Hamilton-Jacobi-Bellman方程： 介绍最优控制问题的数学基础，包括变分法。引入Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB)方程，这是求解连续时间最优控制问题的核心方程。 动态规划： 阐述动态规划的思想，并推导HJB方程。 Pontryagin最小值原理： 介绍Pontryagin最小值原理，这是求解最优控制问题的另一种强大工具，尤其适用于具有终端状态约束的问题。 LQR最优控制的深入分析： 进一步深入探讨LQR问题，包括其在状态反馈和动态规划角度的推导，以及求解Riccati方程的方法。 模型预测控制（MPC）： 介绍模型预测控制的概念，这是一种滚动优化策略，利用系统的动态模型预测未来一段时间的系统行为，并计算最优的控制序列，在每个采样时刻只执行第一个控制输入。 第七章：鲁棒控制与自适应控制 本章探讨在系统模型不确定或参数变化时，如何设计具有良好性能的控制器。 鲁棒控制： 介绍系统模型不确定性对控制性能的影响。讲解H-infinity (H∞)控制的基本思想，目标是使闭环系统的“无穷范数”最小，从而在最坏的不确定性下也能保证系统的性能和稳定性。 自适应控制： 介绍当系统参数未知或随时间变化时，如何通过在线调整控制器参数来维持系统的性能。讲解一些基本的自适应控制策略，如MIT规则、Lyapunov自适应控制等。 第八章：系统辨识与模型降阶 本章介绍如何从实验数据中建立系统模型，以及如何简化复杂系统模型。 系统辨识： 介绍从输入-输出数据中估计系统模型参数的方法。包括参数辨识（如最小二乘法、最大似然法）和模型结构辨识。 模型降阶： 介绍如何将高阶复杂系统模型近似为一个低阶模型，同时尽可能保留原系统的主要动态特性。介绍一些常见的模型降阶方法，如平衡截断法。 第九章：现代控制理论在典型工程领域的应用 本章将前面介绍的理论知识应用于实际工程问题，展示现代控制理论的强大威力。 航空航天： 讲解如何利用现代控制理论设计飞行器姿态控制系统、轨道控制系统。 机器人控制： 介绍机器人关节控制、路径规划、多机器人协同控制等。 过程控制： 探讨化工、电力等行业的自动化控制系统设计，如温度控制、压力控制、液位控制等。 车辆控制： 讲解汽车的巡航控制、防抱死制动系统（ABS）、电子稳定程序（ESP）等。 电力系统控制： 介绍发电机励磁系统控制、电力系统稳定控制等。 生物医学工程： 探讨人工器官控制、药物输送控制等。 本书特色： 理论系统全面： 涵盖了现代控制理论从基础到高级的各个重要方面。 应用导向鲜明： 强调理论与实践的结合，通过大量工程案例说明理论的应用。 数学工具严谨： 在讲解过程中，保持数学推导的严谨性，同时注重概念的清晰阐述。 结构逻辑清晰： 从基础概念到复杂理论，层层递进，便于读者理解和掌握。 适合读者群体： 本科高年级学生、研究生、工程技术人员以及对自动控制领域感兴趣的读者。 通过学习本书，读者将能够： 深入理解线性系统和非线性系统的数学模型及其动态特性。 掌握利用状态反馈和状态估计来设计高性能控制器的方法。 熟悉最优控制、鲁棒控制和自适应控制等先进控制理论。 具备从实际工程问题中提取模型、设计和分析控制系统的能力。 为进一步深入研究先进控制理论或从事相关工程实践打下坚实基础。
读完这本书，我最大的感受是它真正做到了“系统性”和“工程性”的平衡。它不像某些理论书籍那样过于沉溺于数学的优雅性而脱离实际应用，也不像某些工程手册那样过于注重实现细节而忽略了背后的原理。作者在这本书中找到了一个非常精妙的平衡点。例如，在讲解如何使用卷积来计算系统的输出时，书中不仅详细推导了步骤，还特别强调了在数字信号处理中，这种运算的计算复杂度和实际可行性问题，从而自然而然地引出了快速傅里叶变换（FFT）的必要性，尽管FFT本身可能不属于本书的重点内容，但这种前瞻性的引导，极大地拓宽了读者的视野。我个人认为，对于理工科专业的学生而言，一本书的价值不仅在于它教了什么，更在于它“启发”了什么。这本书成功地在我心中播下了对信号处理领域更深层次探索的种子。它是一部扎实、严谨且充满洞察力的经典之作，强烈推荐给所有相关专业的学习者。