普通高等教育电气信息类规划教材：信号与控制基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张家海 编

图书标签:

• 信号与系统
• 控制理论
• 电气工程
• 信息工程
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• 自动化
• 电路分析
• 数学建模
• 系统分析

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111234944

版次：1

商品编码：10438428

品牌：机工出版

包装：平装

开本：16开

出版时间：2008-05-01

用纸：胶版纸

页数：229

字数：367000

正文语种：中文

内容简介

《普通高等教育电气信息类规划教材：信号与控制基础》的主要内容包括连续系统的时域分析，连续系统的s域分析，自动控制的一般概念，控制系统的数学模型，线性系统的时域分析，频域分析法，控制系统的综合与校正。每章均配有习题，以帮助读者深入地进行学习。
《普通高等教育电气信息类规划教材：信号与控制基础》既可作为高等学校自动控制原理课程的教材，也可作为工程技术人员自学的参考书。

目录

前言
第1章 信号与系统概述
1.1 信号与系统的基本概念
1.2 信号的描述
1.2.1 信号的特性
1.2.2 信号的分类
1.2.3 信号的基本运算与变换
1.2.4 典型信号介绍

1.3 系统的分类
1.3.1 线性时不变系统的性质
1.3.2 系统数学模型的形式
1.3.3 系统方程的求解方法
1.4 小结
1.5 习题

第2章 连续系统的时域分析
……
第3章 连续系统的s域分析
第4章 自动控制的一般概念
第5章 控制系统的数学模型
第6章 线性系统的时域分析
第7章 频域分析法
第8章 控制系统的综合与校正
参考文献

精彩书摘

第1章 信号与系统概述
1.1 信号与系统的基本概念
随着科学技术的飞速发展，信号与系统的概念极为广泛地出现在通信、电力电子、自动控制、图像处理、生物医学、政治经济等各种领域中。从广义上讲，信号是信息的载体，而系统是信号传输与处理（亦即信息传输与处理）的过程与手段。
常见的系统有通信系统、运输系统、控制系统、经济系统和生态系统等，在分析它们时往往进行抽象化处理，即抽去具体系统的物理或社会含义而把它转化为理性化的数学模型，从而使所有属性相同系统都可以使用相同的描述和分析方法，同时把系统中运动和变化的各种量，如电流、电压、温度、产量等统称为信号，这些信号一般都是随时间变化的，其往往也抽象化成数学形式，表示成时间的函数或序列。
系统是客观存在的，信号是其中按一定规律运动、变化的量。它们之间的关系是信号作用于系统，系统对其进行加工、处理、变换之后发送输出信号，常称系统的输入信号为激励（exci—tation），输出信号为响应（response）。系统分析的目的就是研究给定系统在已知激励作用下所产生的响应，其相互作用关系如图工。1.1所示。
随着电子技术的发展与成熟，各种系统都可以用电子系统来模拟和表示。一般称小规模电系统为电路，中规模电系统为系统，大规模电系统为网络。同时，电信号也成为最典型的一种信号形式，它反映了电压或者电流随时间或空间的变化关系。当其仅依赖于时间变化时称为一维信号，如果同时依赖于时间和空间变化则称为n维信号；当这种关系成连续变化时则将其抽象化成数学中的函数f／（t）或／f（t，x，y），而成离散变化时则表示成序列f（k）。
称函数或序列的图像为信号的波形。信号波形可以从几何上比较直观地反映出信号的变化趋势和规律，数学上的函数（包括序列）与几何上的波形是时域空间中比较常用的表示信号的两种方式。

前言/序言

信号与控制基础：现代工程的基石 在我们日常生活的方方面面，从智能手机的响应到工业生产线的自动化，再到航空航天器精确的飞行轨迹，都离不开一个核心的科学领域：信号与控制。它不仅是现代工程技术发展的驱动力，更是理解和塑造我们所处世界的关键。本书将带您深入探索信号与控制的奥秘，揭示其背后的原理，以及如何在实际工程问题中灵活运用。 信号：信息传递的语言 信号是信息的载体，它们可以是连续变化的，也可以是离散的。理解信号的性质、特征以及如何对其进行处理，是进行有效控制的前提。 信号的分类与表示：本书将从最基础的概念出发，介绍不同类型的信号，如连续时间信号（例如，麦克风捕捉到的声音波形）和离散时间信号（例如，数字音频播放器中的数据流）。我们将学习如何使用数学工具，如函数、序列以及傅里叶级数和变换，来精确地描述和分析这些信号。理解信号的时域、频域和复域表示，将为后续的学习打下坚实的基础。例如，时域分析帮助我们了解信号随时间的变化，而频域分析则揭示了信号包含的频率成分，这对于信号滤波和去噪至关重要。 信号的运算与变换：信号并非静止不动，它们会经历各种运算和变换。我们将学习如何对信号进行加、减、乘、除，以及卷积、相关等基本运算。这些运算在信号处理和系统分析中扮演着核心角色。卷积运算尤其重要，它描述了一个线性时不变系统对输入信号的响应。通过理解卷积，我们可以预测任何输入信号通过一个已知系统后产生的输出。 傅里叶分析：傅里叶分析是理解信号频谱的强大工具。通过傅里叶级数，我们可以将周期信号分解为一系列正弦和余弦波的叠加；而傅里叶变换则将任意信号分解为连续的频率分量。这将帮助我们理解信号的“颜色”，如同音乐中的不同音符组合成旋律一样。了解信号的频率特性，对于设计滤波器、进行调制解调以及分析通信系统至关重要。 拉普拉斯变换与Z变换：对于更复杂的信号和系统分析，拉普拉斯变换（用于连续时间系统）和Z变换（用于离散时间系统）提供了更通用的方法。它们能够将复杂的微分方程和差分方程转化为代数方程，极大地简化了系统的分析和设计过程。通过研究这些变换，我们将能够深入理解系统的稳定性和动态特性。 控制：塑造系统行为的艺术 控制的核心在于如何通过引入干预来改变一个系统的行为，使其按照我们的期望运行。这需要我们理解系统的动力学特性，并设计出合适的控制器。 系统模型：要控制一个系统，首先必须了解它。本书将介绍建立系统模型的各种方法，包括物理建模（基于系统动力学方程）和辨识建模（基于实验数据）。这些模型将系统的输入、输出以及内部状态之间的关系以数学形式表达出来。无论是机械系统、电子系统还是生物系统，准确的模型都是有效控制的基础。 线性时不变（LTI）系统：许多实际系统在一定工作范围内可以近似看作线性时不变系统。我们将深入研究LTI系统的特性，包括其冲激响应、传递函数以及频率响应。传递函数是用复变量s（拉普拉斯域）或z（Z域）来描述系统输入输出关系的代数表达式，它直观地反映了系统的动态行为。 时域与频域分析：对于LTI系统，我们可以从时域和频域两个角度进行分析。时域分析关注系统响应随时间的变化，例如瞬态响应（系统从初始状态达到稳态状态的过程）和稳态响应（系统长时间运行后的状态）。频域分析则关注系统对不同频率输入的响应，例如幅频特性和相频特性，这对于理解系统的滤波能力和稳定性至关重要。 稳定性分析：控制系统的首要目标是稳定。本书将详细介绍判断系统稳定性的各种方法，如根轨迹法、奈奎斯特判据和Bode图分析。稳定意味着系统在受到干扰后能够恢复到平衡状态，而不是发散或产生不期望的震荡。理解稳定性的概念和分析方法，是设计可靠控制器的关键。 反馈控制：反馈是控制的核心思想。通过将系统的输出信息“反馈”回输入端，并与期望的参考信号进行比较，控制器可以根据误差信号来调整输入，从而达到控制目标。本书将深入探讨反馈控制的优势，如提高系统的鲁棒性（抵抗外部干扰的能力）和精度。 经典控制理论：我们将学习PID（比例-积分-微分）控制器等经典控制方法。PID控制器因其结构简单、易于实现且性能良好，在工业界得到了广泛应用。我们将详细解析P、I、D各部分的物理意义以及它们对系统性能的影响，并学习如何整定PID参数以优化控制效果。 根轨迹法：根轨迹法是一种图形化的方法，用于分析反馈控制系统中开环极点的位置如何随着控制器增益的变化而移动，从而预测闭环系统的稳定性以及瞬态响应的改变。通过观察根轨迹在s平面或z平面上的分布，我们可以直观地选择合适的增益以获得期望的系统性能。 频率响应法（Bode图与Nyquist图）：频率响应法利用系统对不同频率正弦信号的响应来分析其稳定性和性能。Bode图（包括幅频特性和相频特性曲线）和Nyquist图提供了直观的工具来评估系统的稳定裕度，并指导控制器参数的设计。这些方法在实际工程设计中非常实用。 现代控制理论概览 除了经典的控制方法，本书还将简要介绍现代控制理论的入门概念。 状态空间方法：状态空间方法是一种更通用的系统描述和分析方法，尤其适用于多输入多输出（MIMO）系统和非线性系统。它使用一组一阶微分方程（或差分方程）来描述系统的内部状态，并提供了一种强大的框架来分析系统的可控性和可观测性。 现代控制器的设计：基于状态空间描述，我们可以设计更先进的控制器，如状态反馈控制器和观测器。这些控制器能够利用系统的全部内部状态信息来实现更优的性能，例如更快的响应速度和更精确的跟踪能力。 实践应用与案例分析 理论知识的学习最终是为了解决实际问题。本书将结合大量的实例，帮助读者将所学知识应用于具体的工程场景。 通信系统中的信号处理：例如，如何设计滤波器去除噪声，如何进行信号的调制和解调以实现有效的信息传输。 自动化生产线中的控制：例如，如何设计控制器来精确控制机器臂的运动，如何保证生产线的稳定运行。 生物医学工程中的应用：例如，如何分析生理信号（如心电图、脑电图），如何设计医疗设备中的控制系统。 交通控制与优化：例如，如何利用信号系统优化交通流量，如何设计自动驾驶系统的控制策略。 通过这些案例，读者将能够深刻理解信号与控制原理在解决现实世界问题中的重要作用，并培养将理论知识转化为实践能力的技能。 学习目标 本书旨在使读者： 掌握信号的基本概念、分类、表示和运算方法。 理解线性时不变系统的核心原理，包括传递函数、冲激响应和频率响应。 掌握系统稳定性分析的各种方法，并理解其工程意义。 熟悉反馈控制的基本原理以及PID控制器的设计与整定。 能够运用傅里叶分析、拉普拉斯变换和Z变换等数学工具分析信号和系统。 初步了解现代控制理论的状态空间方法。 能够将所学理论应用于实际工程问题，并具备分析和解决相关问题的初步能力。 信号与控制是工程领域不可或缺的知识体系。掌握其基础理论和方法，将为您的工程学习和职业发展奠定坚实的基础，并使您能够更好地理解和设计这个日益智能化的世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我们这些电气信息类专业的学生量身打造的！刚拿到的时候，就觉得装帧很专业，沉甸甸的，一看就知道内容扎实。我之前对信号与控制这个领域一直感觉有点虚，概念多，公式杂，总觉得抓不住重点。但这本书的讲解方式太有条理了，从最基本的信号概念讲起，比如离散时间信号、连续时间信号，还有周期信号、能量信号、功率信号等等，都解释得非常清晰，而且配了很多图示，一下子就把抽象的概念具象化了。我最喜欢的是它把信号的分类和性质讲得特别透彻，让我们明白为什么会有这些分类，以及这些性质在实际应用中意味着什么。比如，讲到卷积运算的时候，一开始我看得云里雾里，但作者用了很形象的比喻，把卷积比作“滑动相乘累加”，并且通过几个典型的信号卷积例子，我才真正理解了这个操作的含义以及它在系统分析中的重要性。而且，书后面关于傅里叶变换的内容，也循序渐进，从概念到推导，再到各种变换对的性质，都讲得非常到位，让我这个之前对傅里叶变换头疼的学生，都觉得豁然开朗。感觉这本书不仅仅是知识的堆砌，更是在教我们如何思考，如何理解信号与系统之间的内在联系。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格，真的是我非常喜欢的类型。没有那种陈词滥调的学术腔调，反而更像是老师在课堂上循循善诱地讲解。我特别欣赏作者在解释一些复杂概念时，所使用的比喻和类比。它们非常形象生动，能够一下子就击中问题的核心，让我茅塞顿开。例如，在讲解采样定理的时候，作者没有直接抛出公式，而是先从“信息丢失”的角度去阐述，让我理解为什么要进行采样，以及采样频率的重要性。这种从“是什么”到“为什么”再到“怎么做”的讲解方式，让我感觉学习的过程是一种探索，而不是被动的接受。而且，书中对一些重要公式的推导，都写得非常详细，并且解释了每一步的逻辑，让我能够跟随作者的思路，理解公式是如何得出的，而不是简单地记住结论。书中的例子也足够丰富，涵盖了不同领域的应用，让我能够将学到的知识融会贯通，并将其应用到更广泛的场景中去。感觉这本书不仅仅是教材，更像是一位经验丰富的导师，引导我们在信号与控制的海洋中航行。

评分☆☆☆☆☆

这本书在讲解方法上，可以说是别出心裁。我之前看过不少关于信号与控制的书，有的过于艰深，有的又过于浅显，很难找到一个恰到好处的平衡点。这本书给我的感觉就是，它很懂我们学生的需求。它在讲解每个概念的时候，都会先从一个简单的问题或者一个直观的例子入手，然后再逐步引出数学模型和理论推导。这种“由浅入深”的学习方式，让我觉得学习过程非常顺畅，一点都不费劲。比如，讲到Z变换的时候，作者先用一个非常形象的比喻，把Z变换类比成对离散时间信号的“变换”，然后才一步步推导出Z变换的定义和性质。这种方式让我能够更容易地理解Z变换的意义，而不是死记硬背公式。而且，书中的习题设计也非常巧妙，有概念性的问题，也有需要计算和分析的题目，覆盖了各个知识点，做完之后，感觉对知识的掌握程度立刻就提升了一个层次。还有，书中的插图质量非常高，很多图都非常有代表性，能够直观地展示信号的变化趋势、系统的响应特性，这对于我们理解和记忆知识点起到了至关重要的作用。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书在章节安排和内容递进上，做得非常到位。作为一本“规划教材”，它确实很好地体现了“规划”的意义。从最基础的信号表示，到信号的运算，再到信号的分析方法（如傅里叶变换、拉普拉斯变换），然后过渡到系统模型，最后是控制器的设计和稳定性分析，整个逻辑链条非常完整且紧密。我之前学习的时候，总是感觉各个知识点之间是割裂的，很难形成一个整体的认知。但是通过阅读这本书，我发现信号分析和系统控制是紧密相连的，信号的性质直接影响着系统的设计和性能，而控制理论又是为了更好地处理和利用信号而产生的。这种全局性的视角，让我对整个学科有了更深刻的理解。尤其让我赞赏的是，书中对一些经典系统和控制算法的介绍，都非常贴合实际，让我能够看到理论知识的实际应用价值，比如在电力电子、自动控制等领域，这些知识都可以直接派上用场，这对于我们未来就业或者进一步深造，都非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，当初选这本书的时候，我有点担心会太理论化，学起来枯燥。但事实证明，我的顾虑是多余的。这本书的控制理论部分，真的是把我之前模糊的认识给理顺了。从最基础的反馈控制概念讲起，到各种经典控制器的设计，比如PID控制器，都讲得非常详细，而且强调了它们在工程实践中的应用场景。我印象特别深刻的是，作者没有仅仅停留在理论公式推导上，而是花了很大篇幅讲解了不同控制参数对系统性能的影响，以及如何通过调整参数来达到最佳的控制效果。书中列举的很多案例，都是我们电气工程中非常熟悉的系统，比如电机调速、温度控制等等，这些案例的分析过程，让我能把书本上的理论知识和实际工程联系起来，理解起来就事半功倍了。还有关于系统稳定性分析的部分，比如奈奎斯特判据、根轨迹法，讲解得非常清晰，让我能够逐步掌握分析复杂系统稳定性的方法。最让我惊喜的是，书中还涉及到一些现代控制理论的基础知识，虽然点到为止，但足以勾勒出一个更广阔的视野，让我对未来的学习充满了期待。