控制理论中的代数基础
中科大的教材，属于基础类的数学课程，课本教材简单通俗易懂，望大家下载啊前言在自动控制专业中,线性代数或矩阵论是一个重要的数学基础.比如,矩阵范数、矩阵函数及矩阵微分方程是线性系统理论必不可少的预备知识,线性系统多变量频域法建立在多项式矩阵及有理分式矩阵理论基础上,现代鲁棒控制方法可以采用线性矩阵不等式工具来实现.即便刈于非线性系统,除了需要引入更深刻的数学工具之外,矩阵分析方法仍是不可或缺的手段因此,一些人学自动控制专业特别将矩阵分析纳入研究生课程体系,就是要在人学本科线性代数的基础上,进一步增加内容以符合控制相关学科的专业需求作者在中国科学技术大学自动化系从事“控制理论中的代数基础”教学多年从选择现成教材到开始自编讲义,讲义形式从电子版到胶印版,内容在不断扩充中现在讲义内容己超出60至80学时的教学量,教师可以选择一部分讲授,其余部分可以计学生自学或作为可随时查阅的参考书.本书涉及范围较广,编写中参阅了不少经典文献.编写风格上追求叙述简洁、注重逻辑体系严谨性.因篇幅所限及个人倾向性,本书很少讨论相关的计算方法,虽然算法问题也很重要.如果作为教学用书,教师可自行选择讲授范围并增加一些实例.本书也可作为其它专业研究生、工程师和科研人员的参考书.本书共分八章.第一、二章扼要介绍抽象代数基础.第三、四章讲述线性空间与线性映射,特别是不变子空间分解定理等.第五章从多项式矩阵入手,讨论多项式矩阵 Smith标准形和复矩阵 ordan标准形,并介绍投影矩阵、正规矩阵和Hermite二次型等.第六章介绍矩阵范数、矩阵级数和矩阵函数,并讨论线性系统的稳定性、可控性与可观性.第七章包括各类广义逆矩阵、矩阵方程及矩阵不等式.第八章讨论多项式矩阵的互质、分式矩阵的既约分解,以及线性系统的零极点与实现理论.在本书编写过程中,承蒙中国科学技术大学自动化系各位同仁的支持,特别是奚宏生教授、吴刚教授的鼓励与支持.在本书排版与定稿过程中,中国科学技术大学出版社张莹莹、沈轩和韩继伟等编辑提岀了宝贵意见并给予帮助.硏究生魏波、王兴虎和陈珊杰对书稿进行了仔细校对.作者在此一并深表感谢.限于作者水平书中不妥与错误之处在所难免,敬请读者批评指正.作者2008年春lI目录第一章集合、映射与关系31.1集合1.2映射习题1-11.3代数运算1267831.4代数关系31.5等价类10习题12第二章基本代数系统142.1群142.2环与域162.2.1环162.2.2域..19§23代数系的同态习题2-124子群与陪集习题22§25环的理想§2.6多项式环§27同态基本定理423602习题2-3第三章线性空间与线性映射44531线性空间44532线性空间的基与维数533线性映射.52习题3-15734商空间58535对偶空间目录3.6内积空间37酉变换习题3-2..第四章线性变换与空间分解75§41不变子空间7542特征值问题75§43投影算子77§4.4最小多项式§4.5空间互质分解844.6空间循环分解87习题4198第五章相似变换与酉变换1015.1多项式矩阵1012 Smith标准形10653 Jordan标准形110习题5-111854正交投影与正规矩阵.12055二次型127§5.6奇值分解134习题52..137第六章矩阵范数与矩阵函数14056.1向量范数14056.2矩阵范数.146563向量和矩阵的极限153§6.4特征值与谱半径的估计158习题6-1160§6.5矩阵幂级数16266矩阵函数.164§6.7函数向量或矩阵的微积分173§68常用矩阵函数176§6.9线性系统的稳定性、可控性与可观性179目录习题62187第七章广义逆矩阵、矩阵方程189§7.1广义逆矩阵..18987.2 Penrose- Moore厂义逆矩阵193§7.3 Drazin逆与群逆习题71....20374矩阵的 Kronecker积.20437.5线性矩阵不等式209习题72214第八章多项式矩阵与有理分式矩阵21581多项式矩阵的理想21582多项式矩阵的因子与互质.21683有理分式矩阵.22584有理分式矩阵的既约分解228习题8-1..23238.5系统矩阵的等价变换233§86线性系统的实现理论23987传递函数矩阵的状态空间实现与可控可观24288线性系统的零板点249习题8-225参考书目260索引261目录第一章集合、映射与关系在认识世界的过程中,我们常常倾向于从一些具体事件中归纳出有规律性的东西来.比如说,我们把数字与具体对象分离开来,得到初等数学中数的概念,并给予了加、减、乘、除等运算规律:在髙等数学里,我们知道对向量、矩阵、函数等可以进行类似的计算在数学上,往往重要的不是对象本身,而是对象之间的关系这样就把对象抽象成集合.一般代数(或抽象代数)的主要内容就是研究所谓的代数系统,即具有运算的集合.一般代数在数学的其它分支以及相关学科里都有重要的作用.本书的前二章对一般代数作一个初步介绍81.1集集合的概念大家以前在不同场合会遇到过,这里我们来回顾一下有关的定义及常用记号若十个(有限或无限)确定的事物的全体叫做一个集合,组成一个集合的事物叫做这个集合的元素.一个没有元素的集合称为空集.通常我们用大写字母A,B,C,表示集合,用小写字母a,b,c,表示集合的元素,用②表示空集面的二种方式都可以表示一个集合:A={a1,a2,}其中第一种方式可用来表示有限或可列集合,第二种方式可读为满足条件P(x)的所有x组成的集合若a是集合A的一个元素,就说a属于A或A包含a,用符号a∈A或A3a米表示;反之若a不是集A的元,就说a不属于A或A不包含a,用符号agA或Aa米表示若集合B的每一个元素都属于集合A,就说B是A的子集,用符号BcA或A>B表示;否则就说B不是A的子集,用符号BgA或AB表示.任集合A总可以空集和其自身A作为该集合的子集,这两个子集称为平凡子集由一个集合A的所有子集作为元素而构成的集合,称为集A的幂集.不难证明,如果集A是有限集,并具有n个元素则A的幂集将有2个元素.在这个意义上我们常将A的幂集记为24第一章集合、映射与关系若集合A和集合B所包含的元素完全相同,那么A与B实际上表示同一个集合,这时称A等于B,即A_B.显然有A=B→ACB,AB式中双向蕴含号“←→”表示其左右两边互为(充分必要的)等价命题下面对二个集合A,B定义一些常见的运算并集AUB={x:x∈A或r∈B}交集A∩B={x:∈A且r∈B}差集4B={x:x∈A且xgB}直积A×B={(x,y):∈A,y∈B}集合的并和父都满足结合律与父换律,并且并与父之间还符合分配律,即对任意三个集合A,B,C有Au(B∩C)=(AUB)n(AUC)A∩(BUC)=(∩B)∪(A∩C)在很多情况下,我们的矿究对象是限制在定的范围内,形成个基本集合(全集),我们感兴趣的是基本集合里的了集之间的关系.现设有基本集合E,以及其中的集合A(AcE),称差集EA为集A的补集(余集),记x=EA作为直积的一个例子,两个实数集R的直积为平面点集R2=R×R多个集合之直积可以类似地定义为41×A2×……An={(x1,x2,…,mn):x;∈A,=1,2,…,m}式中(x1,x2,,xn)是元有序组812映射我们知道,函数概念反映了数与数之间的对应关系,现在我们把函数意义推广一下,考查一般集合里的元素之间的对应关系定义1.21(映射)对于两个集合A和B,如果能够建立某种规则∫,使得对任给a∈A,存在唯一的元b∈B与之对应,记为f:a口b或f(a)=b,那么就称∫是由集A到集B的一个映射,记作∫:A→B或A→B,其中a和b可分别叫做映射f的原象与象
- 2020-12-07下载
- 积分：1
天线工程手册 - 林昌禄，聂在平
天线经典手册，人手一本参考文献303)第11章行波天线11.1行波人线的基本原理(305)11.2长线大线与V形天线菱形大线3104螺旋天线l1.5八木大线(324)l1.6表面波线(329)11.7漏波人线342)参与文献第12章宽频带天线12.1宽频带天线的基本概念12.2“宽带振子天线12.3加载天线(3692.4非频变大线(381)12.5宽频带喇叭大线(40212.6超宽频带接收天线(41012.7宽频带匹配技(413)参考文献第13章绒阵和平面阵13.1阵列线基础(4293.2线阵13.3平面阵13.4方向性和信噪比的最佳化13.5方向图综合(452参考文献(462)第14章微带天线463)概述(463)±4.2微带贴片大线466)14.3微带振子天线和微带隙缝天线(494)14.4宽频带、多频段和频率捷变技术(503)14.5微带线形天线与微带线阵5014.6微带面忤天线参考文献第15章喇叭天线(531)15.]通论15.2主模喇叭天线15.3双模喇叭天线547)15.4多模喇叭天线15.5波纹喇叭天线…56215.6组合喇叭人线15.7其他形式的喇58115.8校正喇叭口亩场的相位分布与透镜天线参考文献第16章反射面天线16·1基木方法和基木公式16.2单反射面天线—一抛物前天线16.3双反射亩天线16.4赋形双反射而天线610)6.5对称双镜天线的效分析6l2)6.6单偏置抛物亩人线16.7双偏置钷物面大线l6.8波束扫描反射面人线(628)6.9溅散板馈源天(638)喇叭抛物而天线(6416.1!抛物柱面天线16、12等强度线波束线(645)参若文献第17章相控阵天线6419)17.1相控:阵人线参数计算公式17.2料阵大线轴射方向性和旁瓣的挖制17.3阵元辐射器的选抒174移相器附遨择17.5相控忤馈电网络的设计(672)17.6相控阵天线的带宽678)17.7柑摔阵天线宽带和宽角匹配方法(681)17.8相控阵的暈化误差(684)17.9颛率扫描大线阵参考文献第18章信号处理天线与阵列倍号处理技术(693)(698.2倍号处理天线18.3自适应∵城滤波天线(718)4白适应抗扰大线系统(737)18.5空间谱估计技术(749第19章时域天线19.!时域人线的研究对象及指标(75l)9.2偶极天线(751)l9.3隙缝轴射器(754)19.4偶极子用作接收天线19.5加载天线19.6渐近线喇叭天线(756)19.7频率无关天线川时城人线19.8脉冲阵列天线75919.9时域凵径辋射及时域面大线19.10时域接收天线与发射天线的关系19.11馈电问题参考文献(769)第三篇天线应用第20章圆极化天线770)20.1引0.2圆极化波的特性与参数20.3圆极化器(7730.4电磁振子惻极化线0.5螺旋人线799)0.6隙缝闶极化天线20.7微带极化天线20.8反射器圆极化极化天线2(0.10其他圆极化天线与文献第21章长、中、短波和超短波通信天线21.!长、中波通信天线设计考虑2.2长、中波通信天线的基本形式及方问性1.3T型与T型大线214笼『型大线1.5高Q铁氧休加感人线(833)21.6短波通信天线设(8321.7水平极化与垂直极化知波通信天线1.8笕带短波通信人线21.9超短波通信天线设计(86721、10超短波接力通信大线1.于栘动通信873参考文献第22章卫星通信天线879)2.l卫星通倍天线发展状况(8792.2对称型双反射镜通信地球站天线的设计22.3对称双镜天线的赋形技术(892)224且星通信天线获得低旁瓣的办法22,5对称型双镜卩通信天线旁瓣源的分析与计算(907)2.6馈源的设计与选择22.7多波束星通信地球站天线22.8跟踪体制及选择参考文献939)第23章雷达天线9403.1达大线的般设计要求………23.2笔形泼束天线扇形波束天线23.4赋形波束人线—余割平方天线…(948)精密龈踪达天线一-单脉冲线及馈源设计(951)36H达天线的电扫描精度妓波束控制(96223.7超视进雷达大线23.8合成!径人线974)参考文献第24章测向天线980)24.)测向系统天线设计原则980)4.2测向系统单兀人线4.3测向系统的宽孔径天线(983244多波束测向24.5伏尔与多普勒伏尔地面天线992)塔康人线24.7仪表着陆系统和微波着陆系统天线(997248环境对测向线场性能的影24.9测向大线系统的误差分析与性能评估考文献第25章飞行体上的天线(I0235.1飞行体L的大25.2椭圆桂面和双曲柱上:的天线l025)253椭圆柱体上的天线园锥体上的天线(045)255椭球体上的天线(105025.6飞行体天线的电兼谷(1056)献第26章毫米波天线概述26.2反射面天线与亳米波馈26.3表衣面被与漏波大线264微带天线与其他的印制天线(I099)26.5集成大线(1108)参考文献第四篇相关论题第27章天线罩(1113般设计考虑(l11327.2外形与结构27.3材料选择(1115)274电磁性能设计参考文前第28章天线的雷达散射截面般概念(1143)28.2反射面天线的R(114728.3阵列人线的HCS1162大线RCS的减缩8.5天线H(S的测量参考文献第29章天线测量(119629.1天线测试场的设计与鉴定(1l969.2振幅方向图测量29.3增益测量(12l0294极化测量(l21929.5相位测量(1223)29.6近场测量(1226)29.7阻抗测量298模型天线法(1242)9.9射电源法(2439.10天线的时域测量参考文献第一篇天线基础第1章引1.1天线功能大线在无线电设备中的主裳功能有两个:第个是能量转换功能,第一个是定向镉射(或接收)功能能量转换功能是指导行波与自由空间波之间的转换,发射天线是将馈线引导的电磁波(高频电流)转换为向空问辐射的电磁波传向远方,接收天线是将空闾的磁波转换为馈线引导的电嵫波(高频电流)送给接收机定向作用是指线辐射或接收电磁波有定的方向性,根据无线电系统设备的要求,发射天线可把电磁波能量集中在一定方向轴射出去,接收天线可只接收特定方向传来的电憾波可以看出,发射天线和接收天线之间的关系类似于发电机与电动机之间的关系,前者是在导行波与自由河波之间往返变换,后者圳在机械能和电能之间往返变换,这种相似性表明:收、发天线之间存在着·定的可逆性。第二汽中4易原理的讨论将证明,只要天线中不含有非线件材料(如铁氧体器件),同一副天线用作发射和川作接收时,其基木特性保持不变。此,本于册中讨论的各种类型天线一般都不特别注明它是发射天线或是接收天线(除特殊应川场合外),都按发射天线处埋。1.2天线类型随着无线电技术的飞速发展和无线电设备应用场合的H靥扩展,已出现了适于不同用途种类繁多的天线,在天线工程设计中选择哪种类型大线很人程度上取决于特应川场合系统的电气和机械方面的要求阵列大线对品种繁多的大线进行分类是件十分难的事。若按工作性线、蛋达天线播天线、电视人线等:若按频段又可分为长波天10 K 100k IM IOM IG 10G 100(线、中波天线、短波天线微波线等。但这些分类法都显得笼不太科学因为有的线既可作发射又可作接收,甚至可收发共用;有的大线既叮用丁通信又可用背达;有的大线既适用于短波又适用于超知波甚至微波。很难将它归属于哪一类行业天线手册将从三个人的方面来讨论天线I程问题,即犬线基础、天线设计和天线应用。在大线分类上则按天线辐射方式进行,适当考虑天线结构、作频段和应川等判素。我们将天线分为四组人寸(/x基木类型:线元天线、行波天线、阵列大线和孔径大线。它们适用的频率范围和天线的大致电尺寸如图1-1所示。表1.1中举出图1-1天线分类些常用天线实例及属的天线类别当然,将天线类型简单地划分为这四红基本形式也仅是·种近似,不能说它十分严密的科学性,因为总还能找到一些例外。但这种分类法有利于读者对本于册的阅表1.1天线类型线元天线阵列大孔径天线单极天线侧射阵角铧喇叭偶极天线菱形天端射阵扇形喇叭螺旋天线直线阵员喇叨陈缠人平面阵多模喇叭载体大线对数时期天线圆形阵混合模喇叭微带天线慢曼波天线波纹喇叭加载大线快波大线信号处坪抛物而瘌叭有源天线漏波逗应阵仪锥大线表面波天线多波束阼单反射面天线鞭状夫线长介质棒天线相控阵双反射面天线密度加权阵球形反射面无线极低副瓣阵偏置反射面天线「焦反射面天线切割反射面天线孔径扫描天线透镜天线角形反射面大线背射人线1.3场区划分假设将发射大线置于图1-2所示球坐标系统的原点处,它向周围辐射电磁波,则其周围的电磁波功率密度(或场强)分布般都是距离r及角坐标(6,q)的函数。因此根据离开天线距离天线位置的不同,将天线周围的场区划分为感应场区,辐射近场区和辐射远场区感应场区感应场冈是指很靠近天线的区域。在这个场区里,电磁波的图t-2球坐标中的天线感应场分量远大于辐射场,而占优势的感应场之电场和磁场的时间相位相差90°,坡印亭矢量为纯虛数,因此,不辐射功率,电场能量和磁场能量柑互交替地贮存于天线附近的空间内。图1-3(a)所小电尺寸小的偶极天线,其感应场区的外边界是λ/2x。这里,入是工作波长。无限大孔径大线不存在感应场区,有限大孔径天线,在其中心区域感应场区仍可忽略,只是在孔径边缘附近存在感应场,感应场随离川天线距离的增加而极快衰减,超过感应场区后,就是辐射场占优势的辐射场区了。图1-3(6)所示电人寸大的孔径大线的帮射场区又分为近场区和远场区1.3.2辐射近场区辐射近场区里电磁场的角分布与离开大线的距离有关,即在不同距离处的天线方向图是不同的。这是因为:(a)由天线各辐射元所建立的场之相对相位关系是随距离而变的;(b)这些场的相对振幅也是随距离而改变的。在辐射近场区的内边界处(即感应区的外边界处),天线方向图是-个主瓣和副瓣难分的起伏包感应场区辐射远场区辐射近场区感应b)孔径天线(a)电尺小小偶坂天线图13天线周围的场区络。随饣离开线距离的增加,直到近远场辐射区时天线方向图的主瓣和副瓣才明显形成,但零点电乎和副辦电平均较3.3辐射远场区辐射近场区的外边就是轴射远场区。这个区域里的特点是:(1)场的大小与离开天线的距离成反比;(2场的角分布(即方问图)与离开天线的距离无关;(3)方向图瓣、鲥瓣和零值点已全部形成辐射远场风的起始边界通常规定为2D(1.1式中,R是从观察点到天线的距离,D足天线孔径的最大线尺寸在这个距离上,孔径中心与孔径边缘到观察点的行程差为边缘与中λ/16,相应的相仪差为225°如果在这个距离上对孔经天线的辐程差=k缘与中心射特性进行测量,其结果与在无穷远距离上测得的结果相差甚微程差=λ/4在【程上是完全可以接受的天线通常是用来向远场区传送能量,因此,天线上作者的主要兴趣也在这一区域上。对孔径线尺寸为D,孔径面上相位恒定的大电尺寸天线而言,远场区的大部分能量集中在±λD弧度的角空间内;在靠近天线的地方,能量主要集中在宽度为D的管道内,如图1-4所示。在近场区的起始部分,可认为辐射大体|是平平行波束区标准-3d点行的;在R≥D2/2A的过渡区域内,场以半角为A/D弧度的锥形向外发散,R=D2/2A处的孔径中心与边缘行程差为A;在R≥近场区R=2Da/k场区2D2/A处则是天线的辐射远场区场在近场区域内的细微变化情况是复杂的,它取决于孔径面图1-4孔径人线的辐射上的特定振幅分布,但流过任一近场“管道”截面的功率恒等于总的辐射功率、随着向远场区的接近,功率密度逐渐趋于1/R2规律变化4功率传输若收、发天线相互处于远场区内,相距为R,若已知发射功率为P1,问接收天线接收的功率为多少?这是-个很有实际用途的工程向题无论通信、需达或电视、播,只要是无线信总传输系统都会面临这题,它与天线特性密切相关,因此,下面进行简要讨论设收发天线设置的相对坐标如图1-5所示。发射线输入功率为P,天线效率为,则辐射功率将是P该辐射功率P住接收天线处产生的功率密度为日,q)D).(6,g)4πR
- 2020-12-01下载
- 积分：1
