控制工程及信號處理基礎(chǔ)

前言

　　本書可作為普通高等學(xué)校本科的自動化專業(yè)和其他專業(yè)“自動控制原理”課程的教材或教學(xué)參考書，參考學(xué)時為100-140學(xué)時。　　本書特色鮮明：選材力求側(cè)重基礎(chǔ)、結(jié)合實際；敘述力求準確清晰、深入淺出，非重點內(nèi)容用仿宋體排印，篇幅較短；備有MATLAB舉例、習(xí)題及部分答案；配套的課件可在機械工業(yè)出版社的網(wǎng)站上下載。本書面向一般院校，尤其對非重點院校的師生更為合適?！　”緯淖畲筇攸c是：以“信號與系統(tǒng)”理論為基礎(chǔ)，因而比一般“自動控制原理”包含更多的“信號與系統(tǒng)”的內(nèi)容，從而使理論體系更趨科學(xué)合理。因此，特別適合不另開設(shè)“現(xiàn)代控制理論”和“信號與系統(tǒng)”課程的學(xué)校使用?！　〗陙聿簧賹W(xué)校的自動化專業(yè)新開設(shè)了“信號與系統(tǒng)”課程，使得原“自動控制原理”這門課分成了3門課，即“反饋控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”和“信號與系統(tǒng)”。在筆者看來，這在實際教學(xué)上難以顧及學(xué)科的完整性和連續(xù)性，流弊重重?！　∮行╅_設(shè)了“信號與系統(tǒng)”的學(xué)校為了避免“信號與系統(tǒng)”與“積分變換”內(nèi)容的重復(fù)，取消了“積分變換”這門課。這不但嚴重影響了“電路”課的教學(xué)；而且也削弱了“積分變換”作為一門數(shù)學(xué)課的嚴密性。　　經(jīng)過思考和實踐，筆者逐漸形成了下述觀點和做法：　　1?作為一門工程數(shù)學(xué)和“電路”、“電工學(xué)”的基礎(chǔ)，“積分變換與復(fù)變函數(shù)”不宜取消，也不宜在另一門課中大量重復(fù)?！　??“自動控制原理”是建立在“信號與系統(tǒng)”的理論基礎(chǔ)之上的。通?！白詣涌刂圃怼敝械拇蟛糠謨?nèi)容，如微分方程、卷積、傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖、信號流圖、穩(wěn)定性、根軌跡、頻率特性、奈氏判據(jù)、穩(wěn)定裕量、z變換與z傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程、非線性系統(tǒng)等，從概念和應(yīng)用上都與一般系統(tǒng)相聯(lián)系。如果把這些都算做“信號與系統(tǒng)”的內(nèi)容，則“自動控制原理”自身的內(nèi)容就只剩下控制性能、系統(tǒng)綜合等很少的內(nèi)容。筆者認為，與其零碎地涉及信號與系統(tǒng)的理論，倒不如較系統(tǒng)地介紹相關(guān)的概念。這能使理論體系還其本來面目，從而有利于“自動控制原理”自身的闡述和發(fā)展。　　3?本書是以自動控制系統(tǒng)為背景，以原“自動控制原理”為主要內(nèi)容。主要線索是由一般系統(tǒng)到控制系統(tǒng)，即一般理論是控制理論的基礎(chǔ)，控制理論是一般理論的應(yīng)用。積分變換主要作為復(fù)習(xí)來敘述。大部分篇幅仍是原“自動控制原理”的內(nèi)容，但從一般信號與系統(tǒng)的高度來看待，這使很多基本概念的闡述更加嚴謹全面，同時對“信號與系統(tǒng)”也有了基礎(chǔ)性的了解?！　??教學(xué)分兩個學(xué)期進行：上學(xué)期是經(jīng)典連續(xù)部分，下學(xué)期是離散、現(xiàn)代和非線性部分?！　”緯钠渌攸c還有：　　1?理論聯(lián)系實際。幾乎在所有的章節(jié)都配合實例，以解決實際工程問題為主要目的，引入或應(yīng)用基本概念，同時還安排了不少聯(lián)系實際、擴大知識面的習(xí)題?！　??選材側(cè)重基礎(chǔ)。盡量避免理論性和工程性過強的內(nèi)容，次要的結(jié)論、公式、圖表予以刪除?！　??層次清晰。把信號分析與系統(tǒng)分析、一般系統(tǒng)與控制系統(tǒng)、連續(xù)與離散、時域與頻域、經(jīng)典與現(xiàn)代分開敘述，希望能更容易被讀者接受。首次出現(xiàn)的名詞、概念以黑體標出，非重點內(nèi)容以仿宋體排印。　　4?最后一章是MATLAB舉例?？勺鳛镸ATLAB的上機指導(dǎo)書。讀者可以在閱讀前面章節(jié)的同時，隨時依據(jù)這一章來上機，這將有利于對理論的理解?！　??篇幅較短，兼顧非重點院校?！　??配套課件可在機械工業(yè)出版社的網(wǎng)站上下載?！　∈褂帽緯鴷r，不必一次全看懂。用做教學(xué)時，應(yīng)選擇最基礎(chǔ)的內(nèi)容重點講解（課件基本上都需講解），不宜面面俱到。很多段落和句子可以自學(xué)，有些內(nèi)容可以宣布不考試，習(xí)題也不必每題都會做?！　”緯闪_摶翼主編。第1、3、4、5、9章由羅摶翼執(zhí)筆，第2、10章由付家才執(zhí)筆，第11?1-11?8節(jié)、習(xí)題答案由王正執(zhí)筆，第6章由王麗梅執(zhí)筆，第7、8章由程桂芬執(zhí)筆，第11?9-11?10節(jié)由吳偉執(zhí)筆。課件由王正、王麗梅根據(jù)正文縮編、制作。全書由羅摶翼修改定稿。　　本書的初稿曾經(jīng)劉春芳、吳偉、劉愛民、王雪丹、江志成等老師閱讀，并提出了不少寶貴的意見，在此特致誠摯的謝意?！　械牟蛔愫湾e誤之處，懇請讀者給予指正。

內(nèi)容概要

　　《《控制工程及信號處理基礎(chǔ)》》闡述了自動控制的基本理論與應(yīng)用。主要內(nèi)容為：連續(xù)信號的頻域分析、連續(xù)系統(tǒng)的時域分析、控制系統(tǒng)的時域分析與校正（含根軌跡）、連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析、控制系統(tǒng)的頻域分析與校正、離散信號的頻域分析、離散系統(tǒng)分析及綜合、狀態(tài)空間分析與綜合、非線性系統(tǒng)與李雅普諾夫穩(wěn)定性、MATLAB舉例。本書配有習(xí)題及部分答案，并在機械工業(yè)出版社的網(wǎng)站上可下載配套課件?！　”緯浴靶盘柵c系統(tǒng)”理論為基礎(chǔ)，理論體系合理，選材偏重基礎(chǔ)，敘述深入淺出。本書可作為普通高等院校自動化專業(yè)和其他專業(yè)“自動控制原理”課程的教材或參考書，參考學(xué)時為100～140。

書籍目錄

　　前言　　教學(xué)建議　　第1章　緒論　　1.1　信號與系統(tǒng)　　1.1.1　信號與信號處理　　1.1.2　幾種類別的信號　　1.1.3　信號的分析與綜合　　1.1.4　系統(tǒng)　　1.1.5　系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型　　1.1.6　信號與系統(tǒng)理論　　　　1.2　系統(tǒng)的分類　　1.2.1　定常系統(tǒng)與時變系統(tǒng)　　1.2.2　線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)　　1.2.3　確定性系統(tǒng)與隨機信號系統(tǒng)　　1.2.4　即時系統(tǒng)與動態(tài)系統(tǒng)　　1.2.5　可逆系統(tǒng)與不可逆系統(tǒng)　　1.2.6　連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng)　　1.2.7　單輸入單輸出系統(tǒng)與多輸入多輸出系統(tǒng)　　1.2.8　一維信號系統(tǒng)與多維信號系統(tǒng)　　1.2.9　非線性特性的小偏差線性化　　　　1.3　自動控制工程與自動控制理論　　1.3.1　自動控制工程　　1.3.2　自動控制理論　　1.3.3　反饋控制系統(tǒng)及其組成　　1.3.4　開環(huán)控制　　1.3.5　前饋補償和復(fù)合控制　　1.3.6　基本控制方式　　1.3.7　恒值系統(tǒng)與隨動系統(tǒng)　　1.3.8　電力傳動系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)與液壓控制系統(tǒng)　　1.3.9　控制理論的回顧　　1.3.10　自動控制工程與信號處理的關(guān)系　　1.3.11　本書概要　　1.3.12　學(xué)習(xí)目的和方法　　本章小結(jié)　　習(xí)題　　　　第2章　連續(xù)信號的頻域分析　　2.1　周期信號的傅里葉級數(shù)　　2.1.1　三角形式的傅里葉級數(shù)　　2.1.2　指數(shù)形式的傅里葉級數(shù)　　　　2.2　傅里葉積分與傅里葉變換　　2.2.1　傅氏積分與傅氏變換的概念　　2.2.2　信號的頻譜密度與頻域分析　　2.2.3　單位脈沖函數(shù)δ（t）的復(fù)習(xí)　　2.2.4　幾種重要信號的頻譜　　2.2.5　周期信號的傅氏變換　　2.2.6　傅氏變換表　　2.3　傅氏變換的基本性質(zhì)　　　　2.4　拉普拉斯變換　　2.4.1　雙邊拉氏變換　　2.4.2　單邊拉氏變換　　2.4.3　單邊拉氏變換的基本性質(zhì)　　2.4.4　拉氏反變換　　2.4.5　拉氏變換的應(yīng)用　　本章小結(jié)　　習(xí)題　　　　第3章　線性連續(xù)系統(tǒng)的時域分析　　3.1　線性常系數(shù)常微分方程及其解　　3.1.1　線性常系數(shù)常微分方程的經(jīng)典解　　3.1.2　用拉氏變換法解初值問題　　3.1.3　零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)　　3.1.4　線性系統(tǒng)定義的修正　　3.1.5　響應(yīng)的暫態(tài)分量與穩(wěn)態(tài)分量　　　　3.2　線性定常系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)與卷積　　3.2.1　脈沖響應(yīng)函數(shù)和卷積　　3.2.2　脈沖響應(yīng)函數(shù)的數(shù)值求法　　3.2.3　因果系統(tǒng)　　3.2.4　小結(jié)　　　　3.3　因果線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)　　3.1.1　傳遞函數(shù)的定義　　……　　第4章 控制系統(tǒng)的時域分析與校正　　第5章 線性連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析　　第6章 控制系統(tǒng)的頻域分析與校正　　第7章 離散信號的頻域分析　　第8章 線性離散系統(tǒng)的分析與綜合　　第9章 系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合　　第10章 非線性系統(tǒng)與李雅普諾夫穩(wěn)定性　　第11章 MATLAB舉例　　　　附錄A 傅里葉變換簡表　　附錄B 拉普拉斯變換簡表　　附錄C 本書所用的MATLAB函數(shù)　　部分習(xí)題參考答案　　參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　本章不僅是全書的引子，而且包括了本書最重要的若干基本概念和實例?！　?.1　信號與系統(tǒng)　　1.1.1　信號與信號處理　　1．信號　　信號是用來傳遞信息的機械動作、光、電、聲或其他物質(zhì)運動的形式，也可以簡單地認為是攜帶有信息的某種物理量。例如，電話線中傳遞的電流、在工業(yè)熔爐中測得的溫度、一張黑白照片上各點的灰度（即黑白程度）等都是信號。信號的數(shù)學(xué)形式通常是時間的一維函數(shù)，但也可以是時間和空間的多維函數(shù)（例如工業(yè)熔爐中各點的溫度也與位置有關(guān)），甚至也可以是非時間變量的函數(shù)（例如照片上各點的灰度）。　　信號的表述形式與函數(shù)基本相同：既可以是解析的，也可以是非解析的j但它與函數(shù)不同的是，通常具有能量和量綱?！　?．信號處理　　與信號有關(guān)的理化或數(shù)學(xué)過程有：信號的發(fā)生、信號的傳送、信號的接收、信號的分析（即了解某種信號的特征）、信號的處理（即把某一個信號變?yōu)榕c其相關(guān)的另一個信號，例如濾除噪聲或干擾，把信號變換成容易分析與識別的形式）、信號的存儲、信號的檢測與控制（1.3節(jié)將專門介紹）等。也可以把這些與信號有關(guān)的過程統(tǒng)稱為信號處理?！　　?/pre>




編輯推薦
　　《控制工程及信號處理基礎(chǔ)》特點：　　●選材力求側(cè)重基礎(chǔ)、結(jié)合實際?！　　駭⑹隽η鬁蚀_清晰，非重點內(nèi)容用仿宋體排印。　　●備有MATLAB舉例、習(xí)題及其解答。





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