信號(hào)、系統(tǒng)與控制實(shí)驗(yàn)教程

前言

　　隨著科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，教育部越來越重視對(duì)高校學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。對(duì)工科院校的信息工程類、電氣類、自動(dòng)化類等專業(yè)的學(xué)生來說，動(dòng)手能力更顯重要。教育部立項(xiàng)的電工電子基地建設(shè)項(xiàng)目中，也覆蓋了“信號(hào)與系統(tǒng)”和“自動(dòng)控制原理”這兩門課程。前者已成為電類學(xué)科的公共課程，后者是理論性和工程應(yīng)用性都很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課。加強(qiáng)這兩門課的實(shí)驗(yàn)，不但有助于理論聯(lián)系實(shí)際，升華理論教學(xué)，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐能力。通過多年的教學(xué)實(shí)踐和近8年的基地建設(shè)，我們編寫了這本教材，一方面是想把我們的成果奉獻(xiàn)給社會(huì)，另一方面也算是我們對(duì)基地建設(shè)的一個(gè)匯報(bào)?！　”緯缮掀拖缕獌刹糠纸M成。上篇“信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”分為3章，共20個(gè)實(shí)驗(yàn)。下篇“自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)”分為4章，共20個(gè)實(shí)驗(yàn)?！　　靶盘?hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”是南京航空航天大學(xué)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)改革的成果之一。近年來，隨著信息科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，“信號(hào)與系統(tǒng)”已迅速發(fā)展為所有電類學(xué)科的公共課程。該課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)，內(nèi)容描述較為抽象。如何加強(qiáng)該門課的實(shí)踐環(huán)節(jié)，是該門課教學(xué)改革的重要議題。多年來，我們著眼于課程的基本概念與重點(diǎn)難點(diǎn)問題，嘗試應(yīng)用c語言、EwB、M似B等軟件平臺(tái)開發(fā)新實(shí)驗(yàn)，并引入虛擬儀器用于硬件實(shí)驗(yàn)，力求使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)課，加深對(duì)理論課的理解，提高對(duì)課程理論的應(yīng)用能力?！　　白詣?dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)”是南京航空航天大學(xué)控制理論及應(yīng)用教研室全體同志長期努力工作的結(jié)晶，其中蘊(yùn)藏著我們幾十年來理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)積累的豐富經(jīng)驗(yàn)。有科研成果的融入，還有功能較強(qiáng)、操作方便的自制儀器的介紹。其內(nèi)容覆蓋面廣，涉及到線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、離散系統(tǒng)、多變量系統(tǒng)中狀態(tài)空間方面的內(nèi)容。從深度來說，有難度較小的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，有難度較大的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，還有適合做課程設(shè)計(jì)的綜合性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方式有模擬實(shí)驗(yàn)，數(shù)字實(shí)驗(yàn)，仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)際系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，還有目前控制界最流行的MATLAB應(yīng)用軟件實(shí)驗(yàn)及SIMuLINK仿真實(shí)驗(yàn)等。后四章中第4章簡要介紹控制理論的一般概念，第5章介紹控制理論實(shí)驗(yàn)的測(cè)試方法，第6章介紹常用實(shí)驗(yàn)儀器，第7章為控制理論的20個(gè)實(shí)驗(yàn)。　　本書由王鳳如、王小揚(yáng)主編。上篇全部由王小揚(yáng)編寫，下篇由王鳳如、王瑛合編?！　|南大學(xué)自動(dòng)控制系袁曉輝教授審閱了本書的上篇，東南大學(xué)自動(dòng)化研究所蔣珉副教授審閱了下篇。他們?cè)诎倜χ袑忛喠巳?，并提出了許多寶貴的意見和建議，特此向他們表示衷心的感謝。吳慶憲教授對(duì)全書的指導(dǎo)思想提出了許多寶貴的意見，在編寫過程中得到鄧為民、蔡勛、丁勇、王從慶和劉春生等老師的積極支持，在此一并表示深深的謝意?！　∮捎诰幷叩乃接邢?，時(shí)間倉促，在編寫過程中錯(cuò)誤和不足之處在所難免，歡迎讀者給予批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書是國家電工電子教學(xué)基地實(shí)驗(yàn)系列教材之一，是為高等院校工科電類專業(yè)編寫的一本實(shí)驗(yàn)教材，主要目的是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力。     上篇“信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”分為三章，在內(nèi)容安排上有一定的系統(tǒng)性。第1章是實(shí)驗(yàn)技術(shù)介紹，包括3個(gè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，第 2章是時(shí)域分析與信號(hào)分析內(nèi)容的 6個(gè)實(shí)驗(yàn)，第 3章是系統(tǒng)分析與 MATLAB應(yīng)用的11個(gè)實(shí)驗(yàn)。 　　下篇“自動(dòng)控制原理”分為四章，第4章簡要介紹控制理論的一般概念，第5章介紹控制理論實(shí)驗(yàn)的測(cè)試方法，第6章介紹常用實(shí)驗(yàn)儀器，第7章為控制理論的20個(gè)實(shí)驗(yàn)。 本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容適用各類本科、大專乃至研究生等開設(shè)“信號(hào)與系統(tǒng)”“自動(dòng)控制原理”、“控制系統(tǒng)工程”和“現(xiàn)代控制理論”等相關(guān)課程的院校使用?？筛鶕?jù)不同學(xué)時(shí)選擇適合自己的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過實(shí)驗(yàn)可大大提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問題的能力以及綜合設(shè)計(jì)能力，使理論教學(xué)效果得到鞏固與提高。

書籍目錄

上篇　信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)　第1章  實(shí)驗(yàn)技術(shù)基礎(chǔ)（預(yù)備實(shí)驗(yàn)）    1.1  信號(hào)與系統(tǒng)常用儀器的介紹與使用    1.2　EWB的基本操作    1.3　EWB操作應(yīng)用練習(xí)    1.4　MATLAB使用簡介    1.5　連續(xù)信號(hào)的可視化表示（MATLAB使用練習(xí)）      1.6　虛擬儀器的使用　第2章  時(shí)域分析與信號(hào)分析實(shí)驗(yàn)    2.1　時(shí)域分析    2.2　卷積積分的數(shù)值計(jì)算    2.3　電信號(hào)的合成與分解    2.4　周期信號(hào)的頻譜分析    2.5　信號(hào)頻譜的測(cè)試    2.6　用沃爾什函數(shù)合成信號(hào)　第3章  系統(tǒng)分析與MATLAB分析實(shí)驗(yàn)    3.1　線性系統(tǒng)頻率特性的測(cè)試    3.2　低通濾波器設(shè)計(jì)    3.3　連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)模擬    3.4　系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)    3.5　求系統(tǒng)的零、極點(diǎn)    3.6　線性系統(tǒng)的三種不同方式之間的轉(zhuǎn)換    3.7　信號(hào)通過線性系統(tǒng)    3.8　調(diào)幅信號(hào)通過振蕩回路    3.9　采樣定理實(shí)驗(yàn)    3.10　離散卷積    3.11　應(yīng)用MATLAB語言求卷積下篇  自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)　第4章　控制系統(tǒng)的一般概念    4.1　控制系統(tǒng)的分類    4.2　組成控制系統(tǒng)的典型元部件及其物理實(shí)現(xiàn)　第5章　控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的基本測(cè)試方法　　5.1　動(dòng)態(tài)特性的時(shí)域測(cè)試    5.2　動(dòng)態(tài)特性的頻域測(cè)試　第6章　實(shí)驗(yàn)常用儀器簡介    6.1　超低頻信號(hào)發(fā)生器    6.2　筆式記錄儀    6.3　慢掃描電子示波器    6.4　光電轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀    6.5　XSJ—1型小功率直流隨動(dòng)系統(tǒng)    6.6　JM—1型自動(dòng)控制原理模擬學(xué)習(xí)機(jī)    6.7　JM—S離散系統(tǒng)理論模擬學(xué)習(xí)機(jī)    6.8　JM—M現(xiàn)代控制理論模擬學(xué)習(xí)機(jī)    6.9　自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)　第7章  自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)    7.1  自動(dòng)控制系統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)    7.2　小功率直流隨動(dòng)系統(tǒng)研究　……參考書目

章節(jié)摘錄

　　第1章 實(shí)驗(yàn)技術(shù)基礎(chǔ)（預(yù)備實(shí)驗(yàn)）　　本章介紹信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程常用的實(shí)驗(yàn)技術(shù)基礎(chǔ)：包括常用儀器的使用方法，EWB的基本操作與應(yīng)用，MATLAB的基本使用與練習(xí)，虛擬儀器的介紹與使用等。除虛擬儀器外，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)介紹后，都緊跟一個(gè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，做到即講即用，為完成實(shí)驗(yàn)課的任務(wù)奠定良好的基礎(chǔ)?！　?.1 信號(hào)與系統(tǒng)常用儀器的介紹與使用　　1.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹　。?）了解脈沖信號(hào)發(fā)生器，高頻信號(hào)發(fā)生器等信號(hào)產(chǎn)生器的功能，掌握對(duì)這些信號(hào)源的基本使用方法。　?。?）熟悉示波器，毫伏表等測(cè)量儀器的功能，掌握此類測(cè)量儀器的使用要領(lǐng)。　　1.1.2 部分常用儀器的介紹與使用　　1.脈沖信號(hào)發(fā)生器　　脈沖信號(hào)發(fā)生器可以產(chǎn)生幅度A，脈寬f，頻率F（周期T）都可以調(diào)節(jié)的脈沖信號(hào)。通過調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的各個(gè)參數(shù)，可以輸出上、下沿較快的矩形脈沖信號(hào)，也可以輸出上升沿、下降沿較慢的梯形波、三角波、鋸齒波等信號(hào)波形。如：占空比——這個(gè)脈沖信號(hào)的重要參數(shù)，是用f／T來定義的，可以通過對(duì)脈寬、頻率等旋鈕的調(diào)節(jié)得到占空比滿足要求的脈沖信號(hào)。當(dāng)矩形脈沖信號(hào)的占空比f/T=50％時(shí)，此時(shí)的矩形脈沖信號(hào)就稱為方波。當(dāng)方波的周期遠(yuǎn)大于階躍響應(yīng)的瞬態(tài)過程所經(jīng)歷的時(shí)間時(shí)，方波就可以近似地代替階躍信號(hào)。當(dāng)矩形脈沖信號(hào)的占空比小于10％時(shí)，稱為窄脈沖，此時(shí)窄脈沖的間隔時(shí)間遠(yuǎn)大于沖激響應(yīng)的瞬態(tài)過程所經(jīng)歷的時(shí)間，可以近似地代替沖激信號(hào)?！　∫訢Fl511A型脈沖信號(hào)發(fā)生器為例，它可以產(chǎn)生頻率為300 Hz～10 MHz，幅度為l～5 V（峰-峰值），占空比為3％-90％連續(xù)可調(diào)的脈沖信號(hào)。該儀器對(duì)輸出信號(hào)各參數(shù)的調(diào)節(jié)旋鈕有5組，信號(hào)輸出端的波形與每組旋鈕都有關(guān)，使用的基本操作規(guī)程如下：　　（1）該儀器的輸出阻抗為50∏，使用時(shí)必須在信號(hào)的輸出端（見圖1.1.1中“18”）接上50∏匹配器，否則波形將產(chǎn)生畸變。　?。?）脈沖信號(hào)的波形與幅度、脈沖寬度及頻率等多個(gè)參數(shù)有關(guān)，信號(hào)輸出時(shí)必須把脈沖信號(hào)發(fā)生器的輸出端接到示波器的一個(gè)測(cè)試通道上，邊觀察顯示屏上的波形，邊調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的各個(gè)旋鈕，才能確定所需的信號(hào)波形。

圖書封面

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