信號、系統與控制（簡體書）

根據教育部高等學校自動化類專業教學指導委員會關於“擬通過精簡內容大幅度減少專業基礎課課時”的教改部署，考慮信號與系統（包括控制系統）的有機聯繫和緊密相關性，以及“信號分析與處理”（或“信號與系統”）、“自動控制原理”和“現代控制理論”具有共同的數學基礎，將上述三門課程的內容通過梳理整合，編寫成為本書。本書主要內容包括數學基礎、信號、系統、控制四部分。數學基礎部分介紹時域、頻域、複頻域三個討論域相互變換的數學問題，信號和系統以及它們的聯繫在信號、系統部分按時域、頻域、複頻域分別討論，控制系統的特定分析方法及綜合方法單獨在控制部分介紹。
本書有別于傳統同類教材，具有體系新穎、理論聯繫實際和較強的實用性等特點，本書可作為普通高校自動化類、電氣類等專業的教材，也可作為相關技術人員的學習參考資料。
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本書主要內容包括數學基礎、信號、系統、控制四部分。

前言
第一章緒論1
第一節信號1
一、信號的概念1
二、信號的分類3
第二節系統5
一、系統的描述5
二、系統的性質6
第三節控制系統10
一、自動控制的基本原理10
二、自動控制的基本形式11
三、自動控制系統的基本組成12
四、自動控制系統的基本性能要求13
五、自動控制系統所要研究的問題14
本章要點15
習題15
第二章數學基礎17
第一節傅裡葉變換17
一、連續傅裡葉變換(CFT)17
二、離散時間傅裡葉變換(DTFT)31
三、離散傅裡葉變換(DFT)36
四、快速傅裡葉變換(FFT)41
第二節拉普拉斯變換48
一、從傅裡葉變換到拉普拉斯變換48
二、拉普拉斯變換的收斂域49
三、拉普拉斯變換的性質51
四、單邊拉普拉斯變換53
第三節Z變換54
一、從離散時間傅裡葉變換(DTFT)到Z變換54
二、Z變換的收斂域55
三、Z變換的性質57
四、單邊Z變換61
第四節幾個數學變換之間的關係63
一、拉普拉斯變換與傅裡葉變換的關係64
二、Z變換與傅裡葉變換的關係65
三、Z變換與拉普拉斯變換的關係67
第五節應用MATLAB的積分變換67
一、傅裡葉變換67
二、拉普拉斯變換及其反變換69
本章要點72
習題72
第三章信號的時域描述與分析77
第一節連續信號的時域描述和計算77
一、連續信號的描述77
二、典型連續信號78
三、連續信號的時域運算82
四、連續信號的時域分解87
第二節離散信號的時域描述和計算91
一、連續信號的採樣和恢復91
二、離散信號的描述94
三、離散信號的時域運算97
第三節信號的相關分析103
一、連續信號的相關分析103
二、兩序列相關運算107
第四節應用MATLAB進行信號的時域描述和分析107
本章要點113
習題113
第四章信號的頻域描述與分析116
第一節連續時間信號的頻域描述與分析116
一、週期信號的頻譜分析116
二、非週期信號的頻譜分析123
第二節離散信號的頻域分析129
一、週期信號的頻域分析129
二、非週期信號的頻域分析134
三、4種信號頻譜分析小結136
四、應用DFT和FFT的頻譜分析138
第三節應用MATLAB的信號頻域分析142
本章要點147
習題148
第五章系統的時域分析151
第一節線性系統的時域描述和分析151
一、線性系統的時域響應151
二、線性連續系統的響應152
三、線性離散系統的響應155
第二節線性系統狀態空間描述和分析157
一、線性系統狀態空間描述158
二、線性系統狀態空間分析165
三、線性系統的結構特性分析170
第三節雙轉子直升機系統188
一、雙轉子直升機系統的模型188
二、時域分析191
第四節應用MATLAB的積分變換192
本章要點194
習題195
第六章系統的頻域描述與分析202
第一節系統的頻率特性202
一、頻率特性的基本概念202
二、系統的頻率響應203
三、利用系統頻率特性求系統響應204
第二節系統頻率特性的幾何表示法208
一、幅相頻率特性曲線208
二、伯德圖211
第三節應用MATLAB的系統頻域分析217
一、連續系統的頻率特性217
二、離散系統的頻率特性219
本章要點221
習題221
第七章系統的複頻域描述與分析222
第一節系統傳遞函數222
一、連續系統的傳遞函數222
二、離散系統的脈衝傳遞函數224
三、傳遞函數矩陣225
第二節複頻域分析228
一、連續系統複頻域分析228
二、離散系統複頻域分析236
第三節實例:雙轉子直升機系統的傳遞函數241
第四節應用MATLAB的系統複頻域分析242
一、連續系統242
二、離散系統246
本章要點249
習題249
第八章濾波器251
第一節濾波器概述251
一、濾波及濾波器的基本原理251
二、濾波器的分類252
三、濾波器的技術要求253
第二節模擬濾波器255
一、概述255
二、巴特沃思(Butterworth)低通濾波器256
三、切比雪夫(Chebyshev)低通濾波器259
四、頻率變換264
五、無源濾波器267
第三節數字濾波器的設計268
一、概述268
二、無限衝激響應(IIR)數字濾波器的設計方法269
三、有限衝激響應(FIR)數字濾波器275
第四節應用MATLAB的濾波器設計280
一、模擬濾波器設計280
二、數字濾波器設計284
本章要點291
習題291
第九章控制系統的穩定性分析293
第一節控制系統的穩定性293
一、穩定性的基本概念293
二、外部穩定性及其充要條件293
三、內部穩定性(李雅普諾夫穩定性)294
第二節外部穩定性分析296
一、代數判據296
二、頻域判據300
三、相對穩定性分析306
四、離散系統的穩定性307
第三節李雅普諾夫穩定性分析311
一、李雅普諾夫第一法311
二、李雅普諾夫第二法312
三、線性定常系統漸近穩定的判別315
第四節實例:雙轉子直升機系統穩定性分析318
一、代數判據分析318
二、奈奎斯特穩定性判據分析319
三、李雅普諾夫方法分析320
第五節應用MATLAB的控制系統穩定性分析321
本章要點323
習題324
第十章控制系統的穩態性能分析328
第一節控制系統誤差328
一、線性定常連續系統的穩態誤差328
二、線性定常離散系統的穩態誤差332
第二節連續系統的誤差分析332
一、連續系統的型別332
二、連續系統靜態誤差係數法333
第三節離散系統的誤差分析337
一、離散系統的型別337
二、離散系統靜態誤差係數法338
第四節實例:雙轉子直升機系統的穩態性能分析340
一、按誤差定義分析341
二、靜態誤差係數法分析341
三、擾動作用下的雙轉子直升機系統穩態性能分析342
第五節應用MATLAB的控制系統誤差分析343
本章要點346
習題346
第十一章控制系統的動態性能分析349
第一節根軌跡法分析349
一、根軌跡基本原理350
二、根軌跡繪製規則352
三、利用根軌跡分析系統性能362
第二節頻率法分析369
一、閉環系統的頻域性能指標369
二、閉環系統頻域與時域指標轉換370
三、利用開環頻率特性分析系統性能374
第三節實例:雙轉子直升機控制系統的動態性能分析380
一、根軌跡法分析381
二、頻率法分析382
第四節應用MATLAB的控制系統動態性能分析383
本章要點386
習題387
第十二章控制系統的綜合391
第一節控制系統的設計和校正問題391
一、校正的概念391
二、校正的基本方式391
第二節串聯校正392
一、頻率法串聯校正392
二、根軌跡法串聯校正400
第三節PID控制408
一、PID控制概述408
二、PID控制器參數設計411
第四節控制系統的數字校正415
一、數字化模擬控制器415
二、最少拍控制系統419
第五節實例:雙轉子直升機控制系統校正428
一、頻率法串聯校正429
二、根軌跡法串聯校正430
第六節應用MATLAB的控制系統綜合433
本章要點439
習題439
第十三章狀態空間法綜合441
第一節狀態反饋控制系統441
一、狀態反饋控制系統構成441
二、狀態反饋控制系統實現極點任意配置的條件442
三、單輸入系統極點配置算法443
四、輸出反饋控制系統的局限性445
第二節狀態觀測器447
一、狀態觀測器447
二、引入觀測器的狀態反饋控制系統455
第三節實例:雙轉子直升機控制系統狀態反饋控制457
一、狀態反饋控制457
二、具有狀態觀測器的狀態反饋控制458
第四節應用MATLAB的狀態空間法綜合459
本章要點465
習題465
參考文獻469