控制工程及信號(hào)處理基礎(chǔ)

前言

　　本書可作為普通高等學(xué)校本科的自動(dòng)化專業(yè)和其他專業(yè)“自動(dòng)控制原理”課程的教材或教學(xué)參考書，參考學(xué)時(shí)為100-140學(xué)時(shí)?！　”緯厣r明：選材力求側(cè)重基礎(chǔ)、結(jié)合實(shí)際；敘述力求準(zhǔn)確清晰、深入淺出，非重點(diǎn)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(jī)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(duì)非重點(diǎn)院校的師生更為合適?！　”緯淖畲筇攸c(diǎn)是：以“信號(hào)與系統(tǒng)”理論為基礎(chǔ)，因而比一般“自動(dòng)控制原理”包含更多的“信號(hào)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(hào)與系統(tǒng)”課程的學(xué)校使用。　　近年來不少學(xué)校的自動(dòng)化專業(yè)新開設(shè)了“信號(hào)與系統(tǒng)”課程，使得原“自動(dòng)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(hào)與系統(tǒng)”。在筆者看來，這在實(shí)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(hào)與系統(tǒng)”的學(xué)校為了避免“信號(hào)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(yán)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(yán)密性?！　〗?jīng)過思考和實(shí)踐，筆者逐漸形成了下述觀點(diǎn)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(dòng)控制原理”是建立在“信號(hào)與系統(tǒng)”的理論基礎(chǔ)之上的。通?！白詣?dòng)控制原理”中的大部分內(nèi)容，如微分方程、卷積、傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖、信號(hào)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(hào)與系統(tǒng)”的內(nèi)容，則“自動(dòng)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(rèn)為，與其零碎地涉及信號(hào)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(dòng)控制原理”自身的闡述和發(fā)展?！　??本書是以自動(dòng)控制系統(tǒng)為背景，以原“自動(dòng)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(dòng)控制原理”的內(nèi)容，但從一般信號(hào)與系統(tǒng)的高度來看待，這使很多基本概念的闡述更加嚴(yán)謹(jǐn)全面，同時(shí)對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”也有了基礎(chǔ)性的了解?！　??教學(xué)分兩個(gè)學(xué)期進(jìn)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(diǎn)還有：　　1?理論聯(lián)系實(shí)際。幾乎在所有的章節(jié)都配合實(shí)例，以解決實(shí)際工程問題為主要目的，引入或應(yīng)用基本概念，同時(shí)還安排了不少聯(lián)系實(shí)際、擴(kuò)大知識(shí)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(qiáng)的內(nèi)容，次要的結(jié)論、公式、圖表予以刪除。　　3?層次清晰。把信號(hào)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(shí)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(biāo)出，非重點(diǎn)內(nèi)容以仿宋體排印?！　??最后一章是MATLAB舉例。可作為MATLAB的上機(jī)指導(dǎo)書。讀者可以在閱讀前面章節(jié)的同時(shí)，隨時(shí)依據(jù)這一章來上機(jī)，這將有利于對(duì)理論的理解?！　??篇幅較短，兼顧非重點(diǎn)院校?！　??配套課件可在機(jī)械工業(yè)出版社的網(wǎng)站上下載?！　∈褂帽緯鴷r(shí)，不必一次全看懂。用做教學(xué)時(shí)，應(yīng)選擇最基礎(chǔ)的內(nèi)容重點(diǎn)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(huì)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?！　”緯某醺逶?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(cuò)誤之處，懇請(qǐng)讀者給予指正。

內(nèi)容概要

　　《《控制工程及信號(hào)處理基礎(chǔ)》》闡述了自動(dòng)控制的基本理論與應(yīng)用。主要內(nèi)容為：連續(xù)信號(hào)的頻域分析、連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)域分析、控制系統(tǒng)的時(shí)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(hào)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(jī)械工業(yè)出版社的網(wǎng)站上可下載配套課件?！　”緯浴靶盘?hào)與系統(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(dòng)化專業(yè)和其他專業(yè)“自動(dòng)控制原理”課程的教材或參考書，參考學(xué)時(shí)為100～140。

書籍目錄

　　前言　　教學(xué)建議　　第1章　緒論　　1.1　信號(hào)與系統(tǒng)　　1.1.1　信號(hào)與信號(hào)處理　　1.1.2　幾種類別的信號(hào)　　1.1.3　信號(hào)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(hào)與系統(tǒng)理論　　　　1.2　系統(tǒng)的分類　　1.2.1　定常系統(tǒng)與時(shí)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(jī)信號(hào)系統(tǒng)　　1.2.4　即時(shí)系統(tǒng)與動(dòng)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(shí)間系統(tǒng)與離散時(shí)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(hào)系統(tǒng)與多維信號(hào)系統(tǒng)　　1.2.9　非線性特性的小偏差線性化　　　　1.3　自動(dòng)控制工程與自動(dòng)控制理論　　1.3.1　自動(dòng)控制工程　　1.3.2　自動(dòng)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(bǔ)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(dòng)系統(tǒng)　　1.3.8　電力傳動(dòng)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(dòng)控制工程與信號(hào)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(hào)的頻域分析　　2.1　周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)　　2.1.1　三角形式的傅里葉級(jí)數(shù)　　2.1.2　指數(shù)形式的傅里葉級(jí)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(hào)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(hào)的頻譜　　2.2.5　周期信號(hào)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(shí)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(shí)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(hào)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(xiàn)

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(shí)例?！　?.1　信號(hào)與系統(tǒng)　　1.1.1　信號(hào)與信號(hào)處理　　1．信號(hào)　　信號(hào)是用來傳遞信息的機(jī)械動(dòng)作、光、電、聲或其他物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的形式，也可以簡單地認(rèn)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(cè)得的溫度、一張黑白照片上各點(diǎn)的灰度（即黑白程度）等都是信號(hào)。信號(hào)的數(shù)學(xué)形式通常是時(shí)間的一維函數(shù)，但也可以是時(shí)間和空間的多維函數(shù)（例如工業(yè)熔爐中各點(diǎn)的溫度也與位置有關(guān)），甚至也可以是非時(shí)間變量的函數(shù)（例如照片上各點(diǎn)的灰度）?！　⌒盘?hào)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(hào)處理　　與信號(hào)有關(guān)的理化或數(shù)學(xué)過程有：信號(hào)的發(fā)生、信號(hào)的傳送、信號(hào)的接收、信號(hào)的分析（即了解某種信號(hào)的特征）、信號(hào)的處理（即把某一個(gè)信號(hào)變?yōu)榕c其相關(guān)的另一個(gè)信號(hào)，例如濾除噪聲或干擾，把信號(hào)變換成容易分析與識(shí)別的形式）、信號(hào)的存儲(chǔ)、信號(hào)的檢測(cè)與控制（1.3節(jié)將專門介紹）等。也可以把這些與信號(hào)有關(guān)的過程統(tǒng)稱為信號(hào)處理?！　　?/pre>




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