信號、係統與控製實驗教程 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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王鳳如，王小揚 著

圖書標籤:

• 信號與係統
• 控製係統
• 實驗教程
• 電路分析
• MATLAB
• Simulink
• 自動控製
• 信號處理
• 係統分析
• 控製原理

店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040145403

商品編碼：29732079149

包裝：平裝

齣版時間：2004-08-01

基本信息

書名:信號、係統與控製實驗教程

定價：18.70元

售價：13.1元,便宜5.6元,摺扣70

作者:王鳳如,王小揚

齣版社：高等教育齣版社

齣版日期：2004-08-01

ISBN：9787040145403

字數：380000

頁碼：246

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書是國傢電工電子教學基地實驗係列教材之一，是為高等院校工科電類專業編寫的一本實驗教材，主要目的是培養學生實驗能力和創新能力。
上篇“信號與係統實驗”分為三章，在內容安排上有一定的係統性。章是實驗技術介紹，包括3個應用實驗，第 2章是時域分析與信號分析內容的 6個實驗，第 3章是係統分析與 MATLAB應用的11個實驗。
　　下篇“自動控製原理”分為四章，第4章簡要介紹控製理論的一般概念，第5章介紹控製理論實驗的測試方法，第6章介紹常用實驗儀器，第7章為控製理論的20個實驗。 本實驗內容適用各類本科、大專乃至研究生等開設“信號與係統”“自動控製原理”、“控製係統工程”和“現代控製理論”等相關課程的院校使用。可根據不同學時選擇適閤自己的實驗內容，通過實驗可大大提高學生的動手能力、分析問題的能力以及綜閤設計能力，使理論教學效果得到鞏固與提高。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《信號、係統與控製實驗教程》 內容簡介 《信號、係統與控製實驗教程》是一本以理論與實踐相結閤為核心，旨在為學習者提供係統、深入的信號處理、係統分析以及自動控製原理實踐經驗的實驗指導書。本書特彆注重將抽象的理論概念轉化為可操作的實驗項目，幫助讀者建立清晰的物理直覺和工程思維。全書內容編排緊湊，從基礎的信號特性分析，逐步過渡到復雜的係統建模與仿真，最終涵蓋現代控製理論中的關鍵實驗技術。 第一部分：信號分析與處理實驗 本部分內容聚焦於信號的基本屬性、時域與頻域分析方法，以及各種信號處理技術在實際中的應用。 1. 信號的産生與基本特性實驗 實驗目的： 掌握不同類型信號（如正弦波、方波、三角波、指數信號、衝激信號）的産生方法，理解信號的幅度、頻率、相位、周期、占空比等基本參數的含義與測量。 實驗內容： 正弦信號的産生與分析： 利用函數發生器或軟件工具生成不同頻率、幅度和相位的正弦信號。使用示波器觀測信號波形，測量其峰峰值、周期、頻率，並分析相位差。 周期方波與三角波的生成： 學習如何通過電路或軟件生成具有特定參數的周期方波和三角波，理解其與傅裏葉級數的關係。 指數信號的特性： 産生並分析衰減或增長的指數信號，理解其時間常數的意義。 衝激信號的近似： 通過窄脈衝信號近似衝激信號，理解其在信號分析中的重要性。 信號的采樣： 學習數字信號處理的基礎——信號采樣。通過實驗理解采樣定理，分析欠采樣和過采樣帶來的影響。 實驗儀器與軟件： 函數發生器、示波器、數字萬用錶、信號發生器軟件、示波器軟件。 2. 信號的時域分析實驗 實驗目的： 掌握捲積、相關等時域運算，理解綫性時不變（LTI）係統的輸入-輸齣關係，並進行係統響應分析。 實驗內容： 捲積運算的實現與驗證： 通過搭建簡單RC電路或使用軟件仿真，輸入不同信號，觀察並計算係統的階躍響應、脈衝響應。理解捲積積分在描述LTI係統輸齣中的作用。 係統響應分析： 輸入衝激信號，觀察並測量係統的零輸入響應（自由響應）和零狀態響應（強迫響應），理解其構成。 相關函數的計算與應用： 計算不同信號的自相關和互相關函數，理解其在信號檢測、模式識彆中的應用，如信號延遲估計。 傅裏葉級數與傅裏葉變換的實驗驗證： 對於周期信號，通過實驗觀察其頻譜特性，理解傅裏葉級數的分解；對於非周期信號，理解傅裏葉變換如何揭示信號的頻域內容。 實驗儀器與軟件： 函數發生器、示波器、數據采集卡、MATLAB/Simulink（用於仿真和信號生成）、Python (NumPy, SciPy)。 3. 信號的頻域分析實驗 實驗目的： 深入理解傅裏葉變換、拉普拉斯變換在信號分析中的應用，掌握頻譜分析技術。 實驗內容： 頻譜分析儀的使用： 學習使用頻譜分析儀測量信號的頻譜，識彆信號的主要頻率成分。 離散傅裏葉變換（DFT）與快速傅裏葉變換（FFT）的應用： 使用FFT算法對采集到的數字信號進行頻譜分析，觀察信號的頻率成分、帶寬、諧波等。 濾波器特性測量： 構建或仿真低通、高通、帶通、帶阻濾波器，使用頻譜分析儀測量其頻率響應（增益和相位），理解濾波器的截止頻率、中心頻率、帶寬等參數。 AM/FM調幅/調頻信號的頻譜分析： 産生和分析調幅（AM）和調頻（FM）信號的頻譜，理解調製對信號頻譜的影響。 信號的功率譜密度（PSD）估計： 學習計算和分析信號的功率譜密度，理解其在噪聲分析和通信係統設計中的重要性。 實驗儀器與軟件： 頻譜分析儀、信號發生器、示波器、數據采集卡、MATLAB/Simulink、Python。 4. 數字信號處理（DSP）實驗 實驗目的： 掌握數字濾波器的設計與實現，理解數字信號處理的常用算法。 實驗內容： IIR與FIR濾波器設計： 使用MATLAB的Filter Designer工具箱或Python庫，設計IIR（無限脈衝響應）和FIR（有限脈衝響應）濾波器。 數字濾波器實現與性能評估： 將設計的數字濾波器在DSP芯片、微控製器或計算機上實現，輸入不同信號，通過觀察輸齣信號或測量濾波器指標（如通帶紋波、阻帶衰減）來評估其性能。 抽樣率轉換（插值與抽取）： 實驗實現信號的插值（提高抽樣率）和抽取（降低抽樣率）操作，理解其在多速率信號處理中的作用。 自適應濾波器： 學習自適應濾波器的基本原理（如LMS算法），通過仿真或實際搭建，演示其在噪聲消除、迴聲消除等方麵的應用。 實驗儀器與軟件： DSP開發闆（如TI C6000係列、ADSP係列）、微控製器開發闆、MATLAB/Simulink、Python。 第二部分：係統分析與建模實驗 本部分內容旨在幫助學習者理解不同類型係統的數學模型，掌握係統分析與仿真的方法。 5. 動態係統建模實驗 實驗目的： 學習建立物理係統的數學模型，理解模型的類型（微分方程、傳遞函數、狀態空間方程）。 實驗內容： 機械係統建模： 建立單自由度、多自由度彈簧-阻尼-質量係統的數學模型。通過實驗測量實際係統的參數（如質量、阻尼係數、彈簧係數），並與模型進行對比。 電路係統建模： 建立RLC電路、二端口網絡等電路係統的數學模型，推導其電壓-電流關係。 機電一體化係統建模： 結閤直流電機、伺服電機等，建立簡單的機電一體化係統的模型，考慮電氣部分和機械部分的耦閤。 傳遞函數與零、極點分析： 從微分方程推導齣係統的傳遞函數，分析傳遞函數的零、極點位置與係統動態響應的關係。 狀態空間方程建立與分析： 學習將係統模型轉換為狀態空間方程，理解狀態變量的物理意義。 實驗儀器與軟件： 機械振動實驗颱、RLC電路實驗模塊、直流電機/伺服電機實驗平颱、數據采集係統、MATLAB/Simulink。 6. 係統仿真與穩定性分析實驗 實驗目的： 掌握使用仿真軟件建立係統模型並進行仿真分析，理解係統穩定性的判據。 實驗內容： Simulink模型搭建： 使用Simulink搭建各種動態係統的仿真模型，包括連續時間係統和離散時間係統。 瞬態響應分析： 輸入階躍信號、脈衝信號，觀察和測量仿真係統的響應麯綫（上升時間、過衝、沉降時間），並與理論分析結果進行對比。 穩態分析： 分析係統在不同輸入信號下的穩態行為，如穩態誤差。 穩定性判據實驗驗證： Routh-Hurwitz判據： 通過改變係統參數，觀察仿真結果，驗證Routh-Hurwitz判據對係統穩定性的預測。 根軌跡分析： 繪製係統的根軌跡圖，分析係統參數變化對閉環係統極點位置的影響，從而判斷穩定性。 Nyquist穩定判據： 繪製係統的Nyquist圖，理解其與係統穩定性的關係。 Bode圖分析： 繪製係統的Bode圖，分析幅頻和相頻特性，理解增益裕度和相位裕度與係統穩定性的關聯。 實驗儀器與軟件： MATLAB/Simulink。 7. 係統辨識實驗 實驗目的： 學習從實驗數據中估計係統的模型參數，獲得實際係統的數學模型。 實驗內容： 數據采集： 從實際的物理係統（如電機、加熱爐、機械臂）中采集輸入-輸齣數據。 模型選擇： 根據係統特性，選擇閤適的模型結構（如ARX、ARMAX、OE、BJ模型）。 參數估計： 使用MATLAB的System Identification Toolbox或Python庫，對采集到的數據進行模型參數估計。 模型驗證： 使用獨立的測試數據對辨識齣的模型進行驗證，評估模型的擬閤優度和預測能力。 實際應用： 將辨識齣的模型用於後續的控製器設計。 實驗儀器與軟件： 各種實驗平颱（如直流電機、伺服電機、加熱爐、機器人等）、數據采集卡、MATLAB/Simulink（System Identification Toolbox）。 第三部分：自動控製原理實驗 本部分內容側重於控製器設計、實現與係統性能的調節，是信號與係統理論在工程應用中的核心體現。 8. PID控製器設計與實現 實驗目的： 掌握PID（比例-積分-微分）控製器的原理，學習PID參數的整定方法，並實現PID控製器。 實驗內容： PID控製器原理理解： 通過仿真和實驗，理解P、I、D各環節對係統響應的影響。 PID參數整定方法： 手動整定法： 嘗試不同的P、I、D參數組閤，觀察係統響應，手動調整參數以達到期望性能。 臨界比例法（Ziegler-Nichols方法）： 通過尋找係統的臨界增益和臨界周期，計算齣初始的PID參數。 軟件輔助整定： 使用MATLAB/Simulink中的自動調參工具，或利用係統辨識結果進行參數優化。 PID控製器實現： 數字PID控製器： 在微控製器或DSP上實現數字PID控製器算法。 模擬PID控製器： 使用運算放大器等模擬電路搭建模擬PID控製器。 應用實例： 在直流電機速度控製、溫度控製、位置控製等係統中實現PID控製器，並評估其控製性能（如跟蹤精度、穩定性、抗乾擾能力）。 實驗儀器與軟件： 直流電機/伺服電機實驗颱、溫度控製實驗颱、PLC/微控製器開發闆、MATLAB/Simulink。 9. 狀態反饋控製與觀測器設計 實驗目的： 學習狀態反饋控製的基本原理，理解狀態觀測器的作用，並進行實際設計與實現。 實驗內容： 極點配置： 基於係統狀態空間模型，通過設計狀態反饋增益矩陣，將閉環係統的極點配置到期望的位置，從而達到期望的動態性能。 全狀態反饋控製器實現： 在仿真環境中實現全狀態反饋控製器。 狀態觀測器設計： 對於無法測量所有狀態變量的係統，設計狀態觀測器（如Luenberger觀測器）來估計不可測狀態。 分離定理應用： 將狀態反饋控製器與狀態觀測器相結閤，構成閉環反饋係統。 實驗驗證： 在實際的實驗平颱上（如雙足機器人、倒立擺等），實現狀態反饋控製和狀態觀測器，驗證其控製效果。 實驗儀器與軟件： 機器人仿真平颱、倒立擺實驗颱、MATLAB/Simulink。 10. 現代控製理論與魯棒控製實驗 實驗目的： 瞭解現代控製理論的概念，初步接觸魯棒控製的理念，並進行相關仿真實驗。 實驗內容： 最優控製（LQR）： 學習綫性二次型調節器（LQR）的設計方法，通過優化代價函數來獲得最優的反饋增益。 模型預測控製（MPC）基礎： 瞭解MPC的基本思想，通過仿真演示其在多變量係統控製中的應用。 魯棒性分析： 學習評估係統在模型不確定性或外部擾動下的性能。 魯棒控製器仿真： 接觸一些基礎的魯棒控製器設計方法（如H-infinity控製的初步概念），並通過仿真驗證其在處理係統不確定性方麵的優勢。 實驗儀器與軟件： MATLAB/Simulink。 總結 《信號、係統與控製實驗教程》通過一係列精心設計的實驗項目，旨在讓學習者在動手實踐中深刻理解信號、係統和控製理論的核心概念。本書鼓勵學生主動探索，通過實驗觀察和數據分析來驗證理論，培養獨立解決工程問題的能力。無論是在校學生還是在職工程師，本書都能為他們在信號處理、係統建模與分析以及自動控製領域打下堅實的基礎，並為進一步深入學習和研究提供寶貴的實踐經驗。

评分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖示質量達到瞭專業齣版物的頂級水準，這對於一本實驗教程而言至關重要。我之前用過幾本同類的教材，圖例模糊不清，公式標注混亂，常常需要反復對照文字纔能理解圖示的含義，極大地影響瞭學習效率。但這本書完全沒有這個問題，無論是示波器波形圖、係統框圖，還是實驗裝置的實物照片，都清晰銳利，關鍵參數和連接點標識明確。更值得稱贊的是，它的理論迴顧部分做到瞭“點到為止”的精妙平衡。它不會像純理論教材那樣長篇大論地鋪陳數學證明，而是精準地提取齣實驗必需的核心概念和公式，確保讀者在動手之前有足夠的理論支撐，但又不會被冗餘的數學推導所睏擾。例如，在講解李雅普諾夫穩定性分析時，它直接給齣瞭如何根據係統的狀態方程構造李雅普諾夫函數並進行驗證的清晰步驟，完美地服務於實驗目的。這種對學習體驗和可讀性的極緻追求，使得這本書成為我案頭上最常翻閱的實驗參考資料，它的每一個實驗環節都設計得深思熟慮，充滿瞭教學的智慧。

评分☆☆☆☆☆

作為一名研究生，我經常需要為自己的研究課題尋找閤適的實驗平颱和驗證方法。很多實驗手冊隻是停留在軟件仿真層麵，對於實際硬件平颱的交互描述過於簡單，導緻仿真結果和實際硬件運行結果之間存在巨大的鴻溝。這本書在這一點上做得非常齣色。它詳細描述瞭如何使用常用的數據采集卡和特定的硬件接口來搭建實驗環境，並且對采集到的模擬信號如何進行數字化處理、以及如何將數字控製信號轉化為實際的執行器輸入，給齣瞭非常細緻的步驟和注意事項。我最欣賞的是它對“采集噪聲”和“時延效應”的處理章節。在實時係統中，這些因素往往是影響係統性能的罪魁禍首，但教科書很少深入探討如何通過實驗手段來量化和補償它們。這本書通過具體的實驗案例，教會我如何精確測量係統的開環傳遞函數，並在此基礎上設計齣能夠有效抑製這些不利因素的數字控製器。這種對實驗細節的深度挖掘，極大地提高瞭我的科研嚴謹性和實驗的可重復性。

评分☆☆☆☆☆

我是在校大三學生，參加學校的電子設計競賽時，我們團隊在“信號處理”這一環節遇到瞭瓶頸。我們的理論知識很強，但一涉及到將算法部署到FPGA或DSP闆卡上時，就束手無策。這本書的章節結構安排得非常人性化，它不是簡單地將理論與實驗強行拼湊，而是邏輯性地引導讀者從理論構建到算法的實現路徑。例如，在講解如何用離散捲積實現濾波時，它不僅僅展示瞭捲積公式，還緊接著提供瞭用C語言或MATLAB/Simulink實現該算法的僞代碼和關鍵步驟說明。這使得我們能夠快速地將數學模型轉化為可執行的代碼塊，極大地縮短瞭我們的開發周期。此外，書中對於錯誤調試的指導也非常到位，它列齣瞭幾種常見的實驗故障現象及其可能的原因，比如ADC溢齣、信號漂移等，並給齣瞭相應的排查思路。這對於我們這些缺乏經驗的初學者來說，無疑是最好的“避坑指南”，讓我們在調試中少走瞭很多彎路，最終成功地將我們的創新算法穩定地運行在瞭目標硬件平颱上。

评分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我這種理論基礎紮實但實操經驗為零的工科生量身定製的！我之前在課本上啃那些復雜的傅裏葉變換、拉普拉斯變換和Z變換，感覺像是背誦天書，公式推導過程雖然嚴謹，但始終缺乏一個直觀的、動手的環節來真正理解它們是如何工作的。這本書的齣現，就像是給我打開瞭一扇通往實踐世界的大門。它不是簡單地羅列實驗步驟，而是非常巧妙地將抽象的數學概念與具體的工程應用場景聯係起來。比如，在介紹離散時間信號處理時，它沒有停留在矩陣運算層麵，而是引導我們去搭建一個數字濾波器，親手觀察輸入信號經過濾波器後，高頻噪聲是如何被有效抑製的。這種“眼見為實”的體驗，比單純看書上的圖示要深刻百倍。我特彆欣賞它在實驗設計上的循序漸進，從基礎的係統辨識，到復雜的反饋控製設計，每一步都有清晰的理論背景迴顧和詳細的操作指導。這讓我感覺自己不是在被動地完成任務，而是在主動地探索和驗證那些課本上的知識點。對我來說，這本書的價值不僅在於教會我如何操作實驗設備，更在於它重塑瞭我對“信號”和“係統”的理解，真正做到瞭理論指導實踐，實踐反哺理論的良性循環。

评分☆☆☆☆☆

我是一位在職工程師，目前負責工業自動化係統的維護和優化工作。坦白說，我手頭上的許多項目涉及到對老舊控製係統的升級改造，但現有的技術文檔往往過於陳舊或晦澀難懂。我急需一本能夠快速銜接理論與現代工業現場實際問題的參考書。這本書恰好填補瞭我的這個需求空白。它對於PID控製器的參數整定部分，提供瞭不同於傳統教科書的、更貼近實際工業現場乾擾和非綫性的處理方法，這一點非常實用。我尤其對其中關於“魯棒性設計”的實驗模塊印象深刻，它沒有停留在理想狀態下的分析，而是引入瞭各種噪聲模型和負載變化進行測試，這正是我們在現場最常遇到的難題。書中的圖例和實驗流程圖清晰明瞭，即便是復雜的多變量係統控製，也能被分解成易於理解的小模塊進行驗證。我用它指導團隊成員進行瞭一次關於伺服電機調速的實驗，效果立竿見影。它不僅僅是工具書，更像是一位經驗豐富的導師，用紮實的工程思維指導我們如何在高風險、高精度的工業環境中進行設計和調試。這對於提升團隊的工程實踐能力，起到瞭關鍵性的推動作用。