信号与线性系统实验指导 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学普及（中国科技）

作者:王宝珠等编著

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2004-01-01

价格:23.0

装帧:

isbn号码:9787504637857

丛书系列:

图书标签:

• 信号与线性系统
• 实验
• 电路分析
• MATLAB
• Simulink
• 控制系统
• 通信原理
• 数字信号处理
• 高等数学
• 工程数学

好的，这是一份针对一本名为《信号与线性系统实验指导》的书籍，但内容完全避开该主题的详细图书简介。 《现代控制理论与工程应用》 图书简介 本书旨在深入探讨现代控制理论的核心概念及其在实际工程领域中的应用，为读者提供一个从理论基础到实际操作的全面指导。内容覆盖了经典控制理论的局限性分析、现代控制理论的数学基础、系统建模、状态空间分析、可控性与可观测性、最优控制以及鲁棒控制等关键领域。本书特别强调理论与实践的结合，通过大量的工程实例和仿真分析，帮助读者掌握设计、分析和实现复杂控制系统的能力。 第一部分：现代控制理论基础 本书的第一部分奠定了现代控制理论的理论基石。我们将从回顾经典控制理论的不足之处开始，重点分析其在多变量、时变和非线性系统面前的局限性。在此基础上，引入状态空间表示法作为分析和设计复杂系统的核心工具。 1.1 线性时不变（LTI）系统的状态空间描述 本章详细阐述了如何将一个动态系统用一组一阶线性微分方程（或差分方程）进行数学描述。我们不仅会介绍如何从物理系统（如机械、电路、热力学系统）的机理方程推导出状态空间模型，还将探讨如何利用实验数据或系统辨识方法获取系统的状态空间参数。关键概念包括状态向量、输入向量、输出向量以及系统矩阵（A, B, C, D）。 1.2 系统的时间响应分析 深入分析了LTI系统在不同初始条件和外部激励下的时间响应。重点讲解了如何利用状态转移矩阵 $e^{At}$ 来求解系统的自由响应和零输入响应。此外，本书还涵盖了系统的稳定性判据，如李雅普诺夫稳定性理论，以及如何通过特征值分析来评估系统暂态性能和稳定性裕度。 1.3 系统辨识与建模 在许多实际工程问题中，精确的数学模型难以直接获得。本章介绍了几种常用的系统辨识方法，包括时域辨识（如阶跃响应法、斜坡响应法）和频域辨识。此外，还将介绍基于数据驱动的先进辨识技术，以及如何利用这些技术建立准确的状态空间模型。 第二部分：现代控制系统的设计与分析 第二部分聚焦于如何基于已建立的系统模型进行控制器的设计与系统性能分析。 2.1 可控性与可观测性 这是现代控制理论中的两个核心概念。本章详细介绍了判断系统是否可控和可观测的数学判据（如卡尔曼可控性/可观测性矩阵）。我们将探讨系统结构对控制设计的影响，并解释为什么一个系统必须是可控和可观测的，才能实现期望的控制目标。 2.2 状态反馈控制设计 本章详细阐述了通过状态反馈（State Feedback）实现系统性能提升的设计方法。核心内容包括极点配置技术（Pole Placement），即如何通过选择合适的反馈增益矩阵K，将系统的闭环极点放置在s平面上期望的位置，以满足特定的瞬态响应要求。同时，也会讨论使用反馈线性化方法处理非线性系统的初步思路。 2.3 状态观测器设计 在实际应用中，系统的全部状态往往无法直接测量。本章介绍了如何设计状态观测器（Observer）来估计系统的状态。重点介绍最小阶观测器（如卡尔曼滤波器）和全阶观测器（如Luenberger观测器）的设计原理和实现步骤，以及观测器误差的收敛性分析。 第三部分：先进控制理论与工程实践 第三部分拓展到更高级的主题，包括最优控制、鲁棒控制以及在实际工程中的应用案例。 3.1 最优控制理论 最优控制旨在寻找一个控制输入，使得系统的性能指标（性能指标函数，通常是积分型或平方型）达到最优。本章详细介绍二次型最优控制（LQR, Linear Quadratic Regulator），推导汉密尔顿-雅可比-贝尔曼（HJB）方程，并讲解如何利用代数黎卡提方程（ARE）求解最优反馈增益。 3.2 鲁棒控制基础 随着系统不确定性和外部扰动的普遍存在，鲁棒性成为现代控制系统设计的重要指标。本章引入了 $mu$-分析和$H_{infty}$ 控制的基本概念，旨在设计出对系统参数变化和外部扰动具有良好抵抗能力的控制器。 3.3 实际工程应用案例分析 本书的最后一部分通过多个实际工程案例，展示了现代控制理论的应用。内容包括但不限于： 航空航天系统： 姿态控制系统的状态空间建模与极点配置设计。 过程控制： 利用LQR设计在化工过程中的优化控制策略。 机器人学： 机械臂的逆动力学建模与基于观测器的控制实现。 通过这些案例，读者将能够理解如何将抽象的数学理论转化为具体的工程解决方案，并能利用仿真工具（如MATLAB/Simulink）进行验证和调试。 目标读者 本书适合于自动化、电气工程、机械工程、航空航天工程等领域的本科生、研究生，以及从事控制系统设计与研发的工程师。读者应具备一定的线性代数和微分方程基础。本书的编写风格力求严谨而直观，通过清晰的推导和丰富的实例，确保读者能够扎实掌握现代控制理论的精髓。

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这本书的理论深度与实践广度之间的拿捏，实在令人称道。很多实验指导书往往在理论上浅尝辄止，或者反之，理论讲解过于晦涩，脱离了实际操作的语境。然而，这本指导书非常巧妙地在两者之间架起了一座坚实的桥梁。在讲解傅里叶变换在频域分析中的应用时，它没有停留在数学公式的推导上，而是立刻引导我们使用软件工具（比如虚拟仪器界面）来观察不同截断长度对频谱分辨率的影响，并将理论中的“sinc函数”的旁瓣特性与实际采集到的频谱泄漏现象进行直观对比。这种“理论具象化”的处理方式，让原本抽象的数学工具立刻变得鲜活起来，明白了它们在工程实践中真正的意义和局限性。它不要求我们成为纯粹的数学家，而是要成为能运用这些工具解决实际问题的工程师，这一点从全书的导向中体现得淋漓尽致。

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这本书的装帧设计实在是让人眼前一亮，封面采用了一种磨砂质感的深蓝色，搭配简洁的白色和亮黄色的字体，整体感觉既专业又不失现代感。拿到手里沉甸甸的，能感受到纸张的厚度和质感，内页的印刷清晰度也是一流的，即使是复杂的电路图和波形图，线条也都锐利分明，没有出现任何模糊不清的情况。我特别欣赏它在版式上的用心，每一章的开始都有一个清晰的导读，用小标题和引言概述了本章的学习目标和预期成果，这对于读者快速进入学习状态非常有帮助。章节之间的过渡也非常自然流畅，不是那种生硬的知识点堆砌，而是像在讲述一个连贯的故事。作者在排版中大量运用了图表和示例，这些视觉元素被巧妙地放置在关键概念旁边，极大地提高了阅读的效率和理解的深度。书脊的装订也很牢固，预示着它能经受得住长时间的翻阅和使用，这对于一本实验指导书来说至关重要，毕竟实验过程中书本难免会被频繁打开和合上。总的来说，从外观和物理构造上看，这绝对是一本制作精良、值得收藏的参考书。

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在实验后的数据分析与报告撰写方面，这本书提供的指导具有极高的专业水准。它没有满足于仅仅让读者记录下读数，而是引导我们进行更高层次的分析，比如误差来源的量化分析，以及如何用统计学方法来评估实验结果的可信度。书中专门开辟了一部分来讲解如何规范地绘制实验曲线图，包括坐标轴的标注规范、单位的统一性，以及如何选择最合适的图例来突出关键信息。特别是对于那些需要进行系统辨识或参数估计的实验，书中提供了成熟的回归分析思路和公式模板，让原本令人头疼的数据处理工作变得有章可循。读者学到的不仅仅是如何跑通一个实验，更是如何以一位合格科研人员或工程师的标准来记录、分析和呈现自己的工作成果。这种对“工程规范”的重视，无疑是对读者职业素养的最好培养。

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这本书的内容组织结构，简直是为自学者量身定制的教科书范本。它没有采用那种传统的、先堆砌大量理论再进行实验验证的枯燥模式，而是采取了一种“问题驱动，理论支撑”的渐进式教学法。每一组实验的设置都紧密围绕着现实世界中的某个具体工程问题展开，例如模拟滤波器的设计与调试，或者系统时域响应的快速预测。作者首先抛出一个挑战性的目标，然后逐步引导读者回顾和掌握必要的理论基础，接着详细阐述实验步骤，最后才是对实验结果的深入分析和讨论。这种结构极大地激发了读者的求知欲，让人感觉不是在被动地学习知识，而是在主动地解决一个技术难题。特别是那些“深入探索”的小栏目，它们通常会提出一些开放性的问题，鼓励我们尝试修改参数、更换元件，去探索系统的边界条件，这对于培养批判性思维和动手能力是无价的。即便是我这个对基础理论有些掌握的人，也从中发现了许多先前忽略的细节和巧妙的联系。

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关于实验部分的具体描述，这本书的处理方式达到了教科书级别的严谨性与可操作性的完美平衡。对于每一个实验环节，指导语都精确到了每一个仪器的具体设置，比如示波器的垂直刻度应该如何调整，信号发生器的输出波形参数如何设定才能最大程度地避免失真。这种细致入微的指导，极大地减少了初学者在实验开始阶段由于操作不当而浪费的时间和精力。更赞的是，它不仅仅告诉我们“怎么做”，还深入解释了“为什么这样做”。比如，在进行采样率实验时，作者会配上清晰的图解来解释混叠现象产生的机理，而不是仅仅给出一个观察到的错误波形。此外，书中提供的那些预设数据和模拟结果，也成为了我们对照和验证自己实际操作的绝佳标准。它预设了操作可能遇到的几种常见错误，并针对性地提供了故障排除（Troubleshooting）指南，这比任何口头指导都要来得及时和可靠，大大提升了实验的成功率和学习效率。

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