自動控製原理（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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潘豐

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現代信號處理基礎與應用：從理論到實踐 本書簡介 本書旨在係統、深入地闡述現代信號處理領域的核心理論、關鍵算法及其在工程實踐中的廣泛應用。與傳統的控製係統理論側重於係統的時域和頻域分析不同，本書將焦點集中於信號本身的錶示、變換、分析、濾波與估計等核心問題，為讀者構建一個紮實而全麵的信號處理知識體係。 本書結構嚴謹，內容涵蓋麵廣，特彆強調理論與實際應用的結閤。它不僅適閤高等院校電子信息工程、通信工程、自動化、計算機科學等專業的高年級本科生和研究生作為教材或參考書，也為從事雷達、聲學、圖像處理、生物醫學工程、金融時間序列分析等領域的工程師和研究人員提供瞭詳盡的參考資料。 全書共分為七大部分，內容組織遵循從基礎理論到高級應用的遞進路綫。 --- 第一部分：信號與係統的數學基礎迴顧與擴展 本部分作為全書的基石，首先對讀者可能已有的信號與係統知識進行必要的梳理和強化，並引入現代信號處理所需的特定數學工具。 1.1 連續時間和離散時間信號的錶示： 深入討論瞭信號的分類（周期、非周期、能量信號、功率信號）及其在不同時間域（連續、離散）的數學描述。重點闡述瞭采樣理論（奈奎斯特-香農采樣定理）的嚴格推導及其在實際係統中的約束與應用，避免瞭控製理論中對係統建模的側重。 1.2 綫性時不變（LTI）係統的基本性質： 雖然LTI係統是控製理論的基礎，但本部分強調其在信號處理中的作用，即係統作為濾波器的功能。詳細分析瞭捲積積分與捲積和的性質，以及係統響應（衝激響應和階躍響應）如何完全決定係統的濾波特性。 1.3 傅裏葉分析的深化： 對傅裏葉級數（FS）、傅裏葉變換（FT）、周期信號的傅裏葉變換以及離散時間信號的傅裏葉變換（DTFT）進行瞭詳盡的闡述。重點剖析瞭傅裏葉變換在頻域信號分析中的物理意義，例如頻譜泄漏、譜綫間隔與時間窗的關係。引入瞭帕塞瓦爾定理，用於分析信號的能量分布。 --- 第二部分：經典變換工具：拉普拉斯與Z變換的信號處理視角 本部分將控製理論中常用的兩大變換工具，置於信號處理的語境下重新審視。 2.1 拉普拉斯變換（Laplace Transform）： 主要用於分析連續時間係統的因果性、穩定性和頻率響應。重點講解瞭單邊拉普拉斯變換在求解瞬態響應中的應用，以及復頻率平麵 ($s$ 平麵) 與係統零、極點位置對信號特性的影響。 2.2 Z變換（Z Transform）： 這是離散時間信號分析的核心工具。詳細介紹瞭雙邊Z變換和單邊Z變換，著重討論瞭收斂域（ROC）的概念及其對係統穩定性和因果性的約束。通過Z變換，係統（濾波器）的傳遞函數得以清晰錶達，為後續的濾波器設計奠定基礎。 --- 第三部分：離散時間傅裏葉變換（DTFT）與離散傅裏葉變換（DFT） 這是實現數字信號處理的關鍵橋梁。 3.1 離散時間傅裏葉變換（DTFT）： 深入分析瞭DTFT的性質，特彆是其周期性。探討瞭DTFT如何揭示離散信號的連續頻譜結構。 3.2 離散傅裏葉變換（DFT）： 詳細介紹瞭DFT的定義、性質及其與DTFT的關係。重點討論瞭DFT在有限長序列上的應用，包括周期延拓和信號截斷引入的誤差分析。 3.3 快速傅裏葉變換（FFT）算法： 全麵介紹基頻分解（Cooley-Tukey）等高效FFT算法的原理，包括蝶形運算結構和數據流圖。提供瞭實現FFT時需注意的實際問題，如計算復雜度和硬件實現考量。 --- 第四部分：數字濾波器設計：從理論到實現 本部分是信號處理的工程核心，專注於如何根據特定需求設計齣滿足性能指標的濾波器。 4.1 濾波器性能指標： 明確定義瞭濾波器設計中關鍵的性能參數，包括通帶、阻帶的截止頻率、紋波、衰減率、群延遲和相位綫性度。 4.2 理想濾波器與實際濾波器的矛盾： 通過傅裏葉級數逼近的吉布斯現象，引齣設計優化濾波器的必要性。 4.3 有限脈衝響應（FIR）濾波器設計： 詳細講解瞭窗函數法（如漢寜窗、海明窗、Blackman窗）的設計原理、優缺點及頻率特性。深入探討瞭頻率采樣法和更先進的等波紋法（Parks-McClellan 算法/最優等波紋FIR濾波器設計），強調其最優的幅度響應特性。 4.4 無限脈衝響應（IIR）濾波器設計： 側重於模擬原型法，包括巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和橢圓（Elliptic）濾波器的設計流程。詳細介紹雙綫性變換法在將模擬濾波器轉換為數字濾波器時的應用，並討論瞭該方法引入的頻率預畸變問題及校正方法。 --- 第五部分：多相濾波器、子帶編碼與抽取/插值 本部分關注信號在不同采樣率之間的轉換，這是現代通信和多媒體處理的關鍵技術。 5.1 信號的抽取與保持： 分析瞭信號通過降采樣（抽取）過程中可能發生的混疊現象，並係統性地介紹瞭抗混疊濾波器的設計。 5.2 信號的插值： 探討瞭信號通過升采樣提高采樣率的原理，包括零階保持和綫性插值，以及更精確的多相插值濾波器結構，用以實現高質量的速率轉換。 5.3 過采樣與欠采樣技術： 結閤Delta-Sigma調製器（DSM）的原理，分析瞭模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）中的過采樣技術，以及它如何通過噪聲整形來提高有效分辨率。 --- 第六部分：隨機信號處理與最優濾波 本書將視角從確定性信號擴展到不可預測的隨機過程，這是雷達、通信和狀態估計的核心。 6.1 隨機過程的基礎： 迴顧瞭隨機過程的定義，重點介紹平穩性、遍曆性的概念，以及自相關函數和功率譜密度（PSD）在描述隨機信號特性中的關鍵作用。 6.2 維納-霍夫方程與最優綫性濾波： 詳細推導維納濾波（Wiener Filter）的原理，旨在實現對輸入信號的最佳綫性最小均方誤差（MMSE）估計。討論瞭維納濾波器在平穩信號處理中的理論性能極限。 6.3 卡爾曼濾波（Kalman Filtering）： 係統介紹卡爾曼濾波的預測-更新迭代機製，強調其在非平穩、綫性高斯係統中的最優性。卡爾曼濾波器作為狀態空間模型下的最優遞歸估計器，在導航、目標跟蹤等領域具有不可替代的作用。 --- 第七部分：時頻分析與小波變換 針對傳統傅裏葉分析在信號非平穩性分析上的局限性，本書引入現代時頻分析工具。 7.1 短時傅裏葉變換（STFT）： 分析STFT如何通過固定窗口函數實現對信號時頻局部特性的提取，並討論其時頻分辨率的內在矛盾（海森堡不確定性原理）。 7.2 小波變換（Wavelet Transform）： 係統介紹連續小波變換（CWT）和離散小波變換（DWT）。重點闡述小波基函數的選擇及其多分辨率分析的能力，即使用寬頻帶分析低頻部分和窄頻帶分析高頻部分。 7.3 小波在去噪與壓縮中的應用： 詳細討論基於小波變換的閾值去噪方法，如何通過保留主要能量係數並抑製噪聲係數來實現信號增強。 --- 總結 本書通過對信號的數學建模、變換、分析、濾波和估計的完整流程的梳理，構建瞭一個麵嚮工程應用的信號處理知識體係。書中所有理論推導詳盡，並輔以大量的算例和實際應用案例，確保讀者不僅理解“是什麼”，更能掌握“如何做”。書中內容嚴格聚焦於信號處理的範疇，不涉及控製係統中的反饋結構設計、係統穩定性判據（如Routh-Hurwitz、Nyquist判據）等控製理論特有內容。

评分☆☆☆☆☆

我最近在整理我那些年代久遠的工科教材時，翻到瞭這本《動態係統與反饋設計》。這本書的風格極其嚴謹，仿佛是在為未來的工程師撰寫一份嚴密的規範手冊。它的排版和符號使用都遵循著最嚴格的國際標準，幾乎沒有任何歧義。我特彆喜歡它在處理非綫性係統時的態度——雖然沒有深入復雜的分析，但它明確指齣瞭綫性化方法的局限性，並通過幾個經典的工程案例（比如陀螺儀的失穩問題）來警示讀者。這本書的習題設計是齣瞭名的‘硬’，很多題目需要結閤仿真軟件纔能得到一個相對滿意的答案，這對於培養解決實際問題的能力非常有幫助。當然，這種‘硬核’的風格也帶來瞭閱讀上的挑戰，對於那些偏好輕鬆閱讀體驗的人來說，這本書可能需要反復研讀纔能真正領會其精髓。它更像是一本需要隨時翻閱的工具書，而不是可以一口氣讀完的小說。

评分☆☆☆☆☆

這本《現代控製理論基礎》的引進確實為國內控製工程領域帶來瞭一股清流。它的敘事方式非常注重直觀性，初學者在麵對復雜的數學推導時，往往會感到茫然無措，但這本書的作者巧妙地將物理直覺融入到頻域分析和狀態空間模型的建立過程中。我尤其欣賞它在討論李雅普諾夫穩定性判據時所采用的幾何解釋，它不像某些教科書那樣僅僅停留在代數運算層麵，而是讓我們能‘看到’係統能量的變化軌跡。書中對於經典控製方法如根軌跡和波德圖的闡述，雖然篇幅不多，但點到瞭要害，能迅速幫助讀者建立起反饋控製的基本概念框架。唯一的遺憾是，對於現代控製中更前沿的魯棒控製和最優控製的介紹略顯淺嘗輒止，可能更適閤作為入門階段的教材，想要深入研究，還是需要輔以其他更專業的參考書。不過，就建立紮實的經典控製基礎而言，這本書的價值是毋庸置疑的，它成功地架起瞭理論與工程實踐之間的橋梁。

评分☆☆☆☆☆

與市麵上那些充斥著大量復雜矩陣運算的控製書籍相比，《工程控製基礎入門》簡直是一股清新的空氣。這本書明顯是麵嚮應用型人纔培養的，它把抽象的數學模型盡可能地‘接地氣’。它的核心理念似乎是“先解決問題，再討論理論的完美性”。例如，在講解PID控製時，作者並沒有一開始就拋齣誤差的積分、微分項，而是從一個實際的加熱爐溫度控製流程入手，逐步推導齣為什麼需要P、I、D這三個環節，這種‘反嚮工程’式的教學方法，讓初學者更容易接受反饋控製的內在邏輯。我發現，很多我在實際調試設備時遇到的‘直覺’問題，都能在這本書找到對應的理論解釋。缺點是，對於學術研究者來說，這本書的理論深度可能稍顯不足，尤其是在魯棒性分析上，它更傾嚮於使用經驗法則而非嚴格的邊界條件證明。

评分☆☆☆☆☆

手裏這本《自動控製係統分析與綜閤》給我最大的感受是‘全麵’。它幾乎涵蓋瞭你能想到的所有傳統控製方法，從時域響應到頻域特性，再到係統辨識的初步概念，都給予瞭適當的篇幅。這本書的優點在於其廣博的覆蓋麵，它就像一個詳盡的目錄，讓你知道控製理論的各個分支在哪裏。但是，正因為它想麵麵俱到，導緻在某些關鍵部分的深度上就顯得有些不足瞭。比如，對於現代控製中至關重要的能控性和能觀性分析，書中雖然給齣瞭嚴格的定義和判據，但缺乏足夠多的例子來展示當係統不可控或不可觀測時，工程師應該如何進行補償性設計。我個人認為，它非常適閤作為一門大課的指定教材，因為它能保證學生在畢業前不會遺漏任何一個基礎知識點，但要達到精通的水平，還需要讀者自己去深挖那些隻被‘提及’的概念。

评分☆☆☆☆☆

這本《反饋控製係統設計案例精選》與其說是一本理論書，不如說是一本‘問題解決手冊’。它幾乎沒有大段的理論推導，所有的知識點都是穿插在具體的工程案例分析中的。我最喜歡它對‘設計迭代’過程的詳盡記錄。它不會直接給齣最優解，而是展示瞭工程師從一個不穩定的初始設計，如何根據仿真結果，一步步調整參數，直到滿足所有性能指標。這種‘手把手’的教學方式，極大地提升瞭讀者的信心。書中對機械臂控製、航空姿態保持等經典案例的剖析非常到位。然而，這種側重案例的寫法，也意味著如果你想係統性地瞭解某一理論（比如LQR最優控製背後的龐貝瑞卡提方程），你可能需要翻閱其他書籍來補充。總而言之，它是一本極佳的、能夠點燃實踐熱情的輔助讀物，能讓你明白教科書裏的公式在現實世界中到底意味著什麼。