Предисловие ............................. 9
ЧАСТЬ!
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ РЕГУЛЯРНЫХ СИГНАЛОВ СИСТЕМАМИ
Глава 1. Введение......................... 15
§ 1. Задачи и основные области применения техники связи и управления.......................... 15
Основные классы технических устройств (15). Области применения техники связи и управлений (16).
§ 2. Краткий очерк развития техники и теории связи и управления ........................... 19
§ 3. Принципы построения систем связи и управления..... 23
Объекты и воздействия 123). Понятие о сигнале (24^.[:Системы'связи (25). Системы телеуправления и телеизмерения (30). Системы автоматического управления (32). Основная задача систем связи и управления (37). Основные задачи теории (38).
Глава II. Регулярные сигналы и их характеристики....... 40
§ 1. Общие сведения о регулярных сигналах......... . 40
Определение регулярного сигнала (40). Основные типы регулярных сигналов (41).
§ 2. Периодические сигналы.................. 44
Спектр периодического сигнала (44). Распределение мощности в спектре периодического сигнала (47). Практическая ширина спектра; искажения сигнала (48).
§ 3. Непериодические сигналы................. 51
Спектр непериодического сигнала (51). Основные свойства преобразования Фурье (54). Распределение энергии в спектре непериодического сигнала (58). Практическая ширина спектра и искажения непериодического сигнала (60).
§ 4. Представления сигналов.................. 64
Физические и математические представления (64). Чисто-непрерывное представление (65). Дискретно-непрерывные представления (65). Чисто-дискретные представления (67). Модуляция и кодирование (73).
§ 5. Модуляция гармонических колебаний............ 76
Свойства амплитудно-модулированных колебаний (77). Спектры ампли-тупно-модулированных колебаний (79). Угловая модуляция гармонических колебаний (85). Частотная модуляция (ЧМ) (86). Фазовая модуляция (ФМ) (88). Различие ЧМ и ФМ колебаний (89). Спектр колебаний с угловой модуляцией (91). Сравнение AM, ЧМ и ФМ колебаний (96). '
§ 6. Импульсная модуляция................... 97
Виды и особенности импульсной модуляции (97). Понятие о многоканальных линиях связи (101). Спектр колебаний при амплитудно-импульсной
4 ОГЛАВЛЕНИЕ
модуляции (104). Спектр колебаний при фазово-импульсной (частотно-импульсной) модуляции (108). Спектр колебаний с импульсно-кодовой модуляцией (109).
§ 7. Примеры.........................112
Глава III. Линейные системы преобразования сигналов.....131
§ 1. Общие свойства и уравнения движения линейных систем . . 131
Общие положения и определения (131). Уравнения движения (134). Свободное, установившееся и переходное движение системы; начальные условия. Переходная функция (140). Основные методы анализа линейных систем (145).
§ 2. Операционный метод....................146
Преобразование Лапласа (146). Оригинал и изображение (147). Алгевраи-зация дифференциальных уравнений (149). Некоторые соответствия и равенства операционного исчисления (157). Определение оригинала по известному ^-изображению (158). Передаточная функция (163). Интегральное уравнение движения линейной системы (165).
§ 3. Основы структурного метода ................166
Звено направленного действия (166). Основные способы соединения звеньев направленного действия (167). Элементарные звенья структурных схем (170). Разомкнутые и замкнутые системы (185). Интегральное уравнение замкнутой системы (187). Линейные решающие блоки (188).. Общая структурная схема линейной системы (193).
§ 4. Метод интеграла свертки.................197
Интеграл свертки (197). Импульсная переходная функция (функция веса) (199).
§ 5. Частотный метод......................202
Интеграл Фурье (202). Комплексный коэффициент передачи (202). Амплитудно-фазовая характеристика (208). Частотные характеристики (210). Связь между частотными характеристиками (211). Сравнение минимально-фазовой системы с неминимально-фазовой (215).
§ 6. Прохождение сигналов через линейные системы......218
Условия неискаженного воспроизведения (218). Прохождение единичной функции через идеальный фильтр низших частот (220). Теорема об огибающей (224). Прохождение модулированных по амплитуде сигналов через идеальный полосовой фильтр (228). Следящая система (230).
§ 7. Примеры .........................238
Глава IV. Процессы в линейных системах............257
§ 1. Устойчивость линейных систем..............257
Области применения систем, с обратной связью (257). Признак устойчивости (25S). Условия устойчивости для систем первого и второго порядков (262). Необходимое условие устойчивости (264). Условие устойчивости для системы третьего порядка (266). Условия Рауса—Гурвица (269). Устойчивость и установившаяся погрешность (271). Предельный коэффициент усиления (274). Устойчивость астатической системы (276). Область устойчивости (278).
§ 2. Частотные методы исследования устойчивости.......280
Критерий Михайлова (280). Исследование устойчивости систем с помощью критерия Михайлова (284). Критерий Найквиста (286). Доказательство справедливости критерия Найквиста для статических систем (289). Критерий Найквиста для астатических систем с одним интегрирующим звеном (290). Применение критерия Найквиста для исследования устойчивости систем (294). Понятие о стабилизации систем (296).
§ 3. Переходные процессы в устойчивых линейных системах . . 300
Требования к переходному процессу (300). Косвенные методы исследования (304). Частотные методы (306). Методы распределения корней (310). Интегральные методы (320).
ОГЛАВЛЕНИЕ 5
§ 4. Исследование систем с помощью частотных характеристик 334
Связь между АФХ разомкнутой системы и показателями процессов в замкнутой системе (334). Трапецеидальные характеристики (337). Логарифмические частотные характеристики звеньев и систем (339). Применение логарифмических частотных характеристик для исследования систем (346).
§ 5. Примеры.........................353
Глава V. Линейные импульсные системы ............367
§ 1. Методы исследования импульсных систем.........367
Принципы устройства импульсных систем (367). Идеальный импульсный элемент i37J). Дискретное преобразование Лапласа (372). Связь между частотными спектрами непрерывных и квантованных величин (374). Структура спектров квантованных по времени величин (376). Связь между входной и выходной величинами рзчомкнутой импульсной системы (378). Операционный метод в импульсных системах (382). Замкнутые импульсные системы (385).
§ 2. Устойчивость и переходные процессы в импульсных системах 389
Признак устойчивости импульсной системы .389). Критерий Гурвица — Ми-зеса (3:Я). Предельный коэффициент усиления в импульсной системе (393). Аналог критерия Михайлова i335i. Аналог критерия Найквиста (398). Переходные процессы в устойчивых импульсных системах (401).
§ 3. Примеры.........................404
Глава VI. Нелинейные и параметрические системы.......410
§ 1. Структурные схемы нелинейных систем..........410
Общие свойства и уравнения движения (410). Нелинейные звенья и структурные схемы нелинейных систем (411).
§ 2. Нелинейные элементы...................414
Типы нелинейных элементов (414). Характеристики и параметры нелинейных элементов (416). Способы аппроксимации характеристик нелинейных элементов (419).
§ 3. Преобразование спектра сигналов нелинейными элементами 423
Общие сведения о преобразовании спектров (423). Преобразование спектра сигнала (425).
§ 4. Основные виды нелинейных преобразований сигналов ... 428
Нелинейные искажения сигнала (428). Умножение частоты сигнала (431) Преобразование частоты сигнала (434). Амплитудная модуляция (437). Схема сеточной модуляции (441). Схема анодной модуляции (443). Модуляторы в системах автоматического управления |444). Детектирование (446). Квадратичный детектор (447|. Линейный (квазилинейный) детектор (451). Вырор параметров фильтра КС схем детекторов (455). Сеточный и анодный детекторы (456). Ограничение (458).
§ 5. Особые нелинейные преобразования сигналов.......460
Перекрестная модуляция (460). Подавление слабого сигнала сильнцм (463).
§ 6. Параметрические системы преобразования сигналов .... 465
Й>пеа°,браЗОВаНИе спектРа сигналов параметрическими системами (465). Пре-оонаниГ,471,ЧпСТОТЬ' И амплитУДНая модуляция (468). Синхронное детектирование (471). Демодуляторы в системах автоматического управления (473).
§ 7. Примеры............... 4уг
Глапа VII. Процессы в нелинейных системах..........481
§ 1. Устойчивость движения..................481
ФазоевТоеапп^СтпеД°Ва""Я«Н=еЛИ?,ейны!с систем (481>- Фазовая плоскость (482). талы,-,» v Р » Р СТВ° (485)' Поня™е устойчивости движения (488). Орби-Ляпунову ±ЪВОС? <Устой"ив°«ь по траектории) (492). Устойчивость по реты (4%. Асимптотическая устойчивость (494). Фазовые порт-
§ 2. Исследование особых точек................500
Дифференциальное уравнение фазовой траектории (500). Особые точки (501). Уравнения первого приближения (уравнения в вариациях) (51)3'. Характе ристическое уравнение особой точки (505). Типы особых точек (505). Устойчивость в большом и в малом (512).
§ 3. Метод гармонического баланса...............514
Задачи исследования предельных циклов (514). Комплексный коэффициент передачи нелинейного звена (516). Гармоническая характеристика (520). Условия баланса амплитуд и фаз (524). Определение амплитуды автоколебаний (527). Устойчивость автоколебаний (529). Графоаналитический метод определения автоколебаний в общем случае (533).
§ 4. Автогенераторы......................536
Типы автогенераторов синусоидальных колебаний (536). Схема генератора с колебательным контуром в цепи сетки (537). Уравнение генератора; условие самовозбуждения (540). Автогенератор с колебательным контуром в анодной цепи (544). Вычисление амплитуды колебаний в схеме генератора с колебательным контуром в цепи сетки (549). Мягкий режим самовозбуждения (551). Жесткий режим самовозбуждения (553). Фазовые портреты при мягком и жестком режимах самовозбуждения (555). Амплитуда и частота автоколебаний в схеме генератора с колебательным контуром в анодной цепи (557). Типы схем /?С-генераторов (561). Пример схемы ЯС-генератора первого типа (562). Пример сх«мы ЯС-генератора второго типа (564). Амплитуда автоколебаний в ДС-генераторах (566).
§ 5. Релейная система.....................569
Схема и уравнения релейной системы (569). Исследование движения релейной системы при 7 = 0 и Х=1 (573). Характер движений релейной системы в общем случае при f>0 и Х<1 (577). Определение области устойчивости (580).
§ 6. Примеры.........................585
ЧАСТЬ 11
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ СИСТЕМАМИ
Глава VIII. Преобразование случайных сигналов линейными системами .......................595
§ 1. Характеристики случайных снгналои............595
Случайные сигналы и помехи в системах связи и управления (595). Значение статистических методов исследования (600). Типы случайных процессов и их вероятностные характеристики (603). Средние значения (607). Средние по времени (613). Эргодические процессы (616). Спектральная плотность (618). Примеры определения спектральной плотности (62J).
§ 2. Преобразование случайных сигналов линейными системами 624
Характеристики выходного сигнала (624). Связь между спектральными плотностями выходного и входного сигналов линейной системы (627). Преобразование случайного сигнала идеальным полосовым фильтром (629). Тепловой шум сопротивлений (632). Дробовой эффект (634). Обобщение формулы для напряжения шума (637). Напряжение шума на выходе контура (638).
§ 3. Статистически-оптимальные параметры линейных систем . . 641
Основные задачи анализа и синтеза систем (641). Оптимальная ширина полосы пропускания идеального полосового фильтра (644). Минимальная среднеквадратичная погрешность на выходе идеального фильтра низших частот (648). Определение оптимальных параметров линейной системы автоматического управления (653).
§ 4. Статистически-оптимальные линейные системы.......657
Задачи синтеза статистически-оптимальных систем (657). Интегральное уравнение оптимальной системы (66Э). Оптимальная система I типа (665). Оптимальная система II типа (668). Задача упреждения (672). Задача сглаживания (676).
§ 5. Примеры.........................679
ОГЛАВЛЕНИЕ 7
Глава IX. Преобразование случайных сигналов нелинейными системами ........................689
§ 1. Преобразование случайных сигналов безынерционными нелинейными звеньями....................689
Простейшие примеры связи между вероятчостчыми распределениями на входе и выходе нелинейного звена (639). Примеры несимметричного распределения на входе и неоднозначной характеристики нелинейного звена (6')4). Среднее значение и дисперсия на выходе нелинейного звена (6)8). Корреляционная функция и спектральная плотность выходного сигнала квадратичного детектора (704). Преобразование квадратичным детектором суммы независимых случайных сигналов (706).
§ 2. Преобразование сигнала и шума в тракте приемника прямого
усиления.........................709
Задача о преобразовании сигнала и шума в тракте приемника (709). Спектральная плотность сигнала на входе детектора (711). Преобразование шума в тракте приемника (714). Прохождение сигнала и шума через квадратичный детектор (718). Отношение сигнала к шуму на выходе приемника (723).
§ 3. Преобразование случайных сигналов нелинейной системой
с обратной связью.....................724
Статистическая линеаризация (724>. Коэффициенты усиления эквивалентной схемы для звена с насыщением (72J . Установившийся режим нелинейной следящей системы при наличии случайных помех (73J).
§ 4. Примеры.........................738
Глава X. Элементы теории информации.............746
§ 1. Общие понятия и количественная мера информации .... 746
Общие сведения (746). Количественная мера информации при равновоз-можных событиях '747). Количественная мера информации при конечном ансамбле независимых событий (75J). Определение количественной меры общей неопределенности ситуации (752). Основные свойства энтропии (758). Определение количества информации при неполной достоверности результатов опыта (762). Общие замечания о введенной количественной мере информации (766),
§ 2. Информационные характеристики источников дискретных
сообщений.........................768
Понятие об эргодическом источнике сообщений (768*. Энтропия эргоди-ческого источника (770). Избыточность источника сообщений (774). Связь между энтропией и числом различных последовательностей сообщений (776). Поток информации источника сообщений (778).
§ 3. Дискретные каналы без шумов...............779
Функции, выполняемые дискретным каналом передачи информации (779). Понятие о пропускной способности информационного канала (781). Пропускная способность дискретных каналов при отсутствии шумов (783). Вычисление пропускной способности дискретных каналов (784). Примеры вычисления пропускной способности дискретных каналов и скорости пере дачи информации (785>. Эффективное кодирование (788). Основная теорема Шэннона для дискретного канала без шумов (793).
§ 4. Дискретные каналы с шумами...............797
Особенности работы дискретных каналов с шумами (797). Пропускная спо-сооность (798). Примеры определения пропускной способности дискретных каналов с шумами (8Ы). Основная теорема Шэннона для дискретного канала с шумами (803).
§ 5. Информационные характеристики источников непрерывных
сообщений......................... 807
мя°,?„ЯиИе об Источни1<ах непрерывных сообщений (817). Количество инфор-чины ',япЯ0,деВ.ЖаЩее<:я в одном замеРе непрерывной случайной вели-вы"ислени; ?нтропия непрерывных случайных величин (811). Примеры чества инАпп непрерывных случайных величин и среднего коли-
чества информации в одном замере (813). Количество информации
о непрерывной случайной величине при заданных требованиях к верности воспроизведения \816). Представление непрерывного сообщения многомерным вектором (817). Количество информации, содержащееся в воспроизведении непрерывного сообщения (820). Модели сигналов (822).
§ 6. Непрерывные каналы с шумами.............. 824
Общие сведения о непрерывных каналах передачи информации (824). Пропускная способность непрерывных каналов (825). Пример определения пропускной способности непрерывного канала (827). Основная теорема Шэннона для непрерывных каналов (829).
§ 7. Примеры.........................830
Глава XI. Элементы теории статистических решений......840
§ 1. Задачи выделения сигнала при наличии шумов.......840
Основные группы теорий выделения сигналов (840). Истоки теории статистических решений (842). Основные задачи теории статистических решений в системах связи и управления (844).
§ 2. Элементарные методы статистических решений.......850
Пространство сигнала и шума (850). Априорные и апостериорные вероятности, формула Бэйеса (853t. Функция правдоподобия; принципы максимума правдоподобия и максимума апостериорной вероятности (857).
§ 3. Теория двуальтернативных решений............860
Формулировка типовой задачи (86Э). Вычисление функции правдоподобия (861). Принципы максимума апостериорной вероятности и максимума правдоподобия в теории двуальтернативных решений (863\ Пример решения задачи обнаружения (864). Система оптимального обнаружения (866). Ошибки решения (869). Вероятности ошибок 1-го и 2-го рода (871). Критерий Неймана —Пирсона (872). Критерий Котельникова (875).
§ 4. Характеристики систем оптимального обнаружения.....876
Пример построения системы оптимального обнаружения по критерию Неймана—Пирсона (876). Вычисление порога (879). Характеристика системы оптимального обнаружения по Нейману —Пирсону (883). Кривая решения (885). Существенные и несущественные параметры; простые и сложные гипотезы (889). Прием сигнала со случайной начальной фазой в присутствии белого шума (891). Система оптимального обнаружения при приеме сигнала со случайной начальной фазой в присутствии белого шума (896).
§ 5. Введение в общую теорию статистических решений .... 900
Начала теории многоальтернативных решений (900). Элементы теории оценки параметров (903). Пространство решений (907). Решающие функции и функции потерь (911). Риск (913). Бэйесово и минимаксное решения (917). Пространство риска (918).
§ 6. Примеры .........................922
Предметный указатель.....•.............929
ПРЕДИСЛОВИЕ
В течение последних десятилетий во все возрастающих темпах происходит процесс развития технических дисциплин, относящихся к связи и управлению. Стремительно растут автоматика, телеуправление и телеизмерения; быстро развивается электронная вычислительная техника. От радиотехники отпочковались радиолокация, радионавигация, телевидение и другие области науки и техники. Но наряду с этими процессами дробления и умножения дисциплин происходит и другой, встречный процесс — образование единой теоретической базы для всего комплекса технических дисциплин, относящихся к связи и управлению. Эту общую теоретическую базу называют по-разному: «Теория связи и управления», «Общая теория информации», «Техническая кибернетика» и т. д. Суть дела, однако, не в названии, а в факте формирования единой теоретической базы. Эта база всюду одна и та же потому, что в любых областях техники связи и управления происходят процессы преобразования сигналов системами. Связанные с этими процессами свойства сигналов и систем, законы преобразования сигналов и методы исследования, по существу, одни и те же в самых различных типах систем связи и управления, безотносительно к их конструкции и физической природе.
До недавнего времени эта теория в различных вариантах и на различных уровнях излагалась во многих дисциплинах, относящихся к связи и управлению. В настоящее время назрела необходимость выделения преподавания теоретических основ связи и управления (сокращенно ТОСУ) в виде отдельного курса. В курсе ТОСУ сконцентрировано изложение основ теории преобразования сигналов системами. Рассматриваются регулярные и случайные сигналы, линейные и нелинейные системы, системы без обратной связи и с обратной связью. Изложение иллюстрируется рядом примеров из области радиотехники, электроники и автоматики. Таким образом, курс ТОСУ увязан с читаемыми отдельно курсами электронной техники, радио-ники, автоматики и другими техническими дисциплинами, формирующими профиль специалиста в той или иной области техники обтасто управления- Однако всем будущим специалистам в этих
"их следует изучать, в основном, один и тот же курс
Цена: 600руб.
