现代控制理论及应用

本书系统地介绍了现代控制理论的基本内容，包括线性多变量系统的描 述方法、系统的可控性与可观性分析、状态反馈与观测器设计、李雅普诺夫 稳定性理论、最优控制系统设计、卡尔曼滤波器设计、系统辨识概念、经典 系统辨识方法、最小二乘类系统辨识方法、预测控制基本原理、鲁棒控制基 本原理等。并且，根据工程硕士研究生教学的特点，设置乙烯裂解炉解耦控 制案例、反应釜自适应控制案例、聚酯生产过程卡尔曼滤波器应用案例、精 馏塔多变量预测控制案例、换热器系统辨识案例、城市交通控制案例等。 本书可作为控制工程领域工程硕士研究生、相关学科的硕士研究生和高 年级本科生的教材，也可作为相关工厂企业的科技人员参考书。

第1章绪论 1．1 自动控制理论的发展历史 1．2现代控制理论的基本内容 1．3本书的内容和特点 第2章线性多变量系统的描述 2．1线性系统的状态空间描述 2．1．1 基本概念 2．1．2线性系统的状态空间表达式 2．1．3 线性连续定常系统齐次状态方程的解 2．1．4状态转移矩阵及其性质 2．1．5状态转移矩阵的求解方法 2．1．6非齐次状态方程的解 2．1．7开环和闭环系统 2．2线性系统的传递函数矩阵描述 2．3 Rosenbrock系统矩阵描述 2．3．1 Rosenbrock系统矩阵 2．3．2 闭环系统及极点 2．4状态空间描述与传递函数矩阵之间的转换 2．4．1 由系统的状态方程求传递函数矩阵 2．4．2开环和闭环系统 2．4．3 线性变换后系统传递矩阵的不变性 2．4．4解耦系统的传递函数 2．4．5 系统实现问题 2．5线性离散系统的描述 第3章线性系统的可控性、可观性和标准形 3．1线性连续系统的可控性和可观性 3．1．1状态可控性 3．1．2 输出可控性 3．1．3 可观性 3．1．4可镇定性与可检测性 3．2线性系统的标准形 3．2．1谱分解标准形 3．2．2 可控标准形和可观标准形的分解 3．2．3可控标准形 3．2．4可观标准形 3．2．5传递函数阵标准形 3．3线性系统的零极点 3．3．1传递函数阵G(5)的零点和极点 3．3．2 解耦零点 3．4线性离散系统的可控性与可观性 3．4．1 线性离散系统的可控性 3．4．2 线性离散系统的可观性 第4章线性系统状态反馈与状态观测器设计 4．1线性定常系统的状态反馈与极点配置 4．1．1 状态反馈一 4．1．2 极点配置 4．1．3并矢设计法 4．1．4满秩设计方法 4．2状态观测器设计 4．2．1n维开环观测器 4．2．2n维渐近观测器 4．2．3 Luenberger降维观测器 4．3分离定理 第5章控制系统的李雅普诺夫稳定性分析 5．1稳定性的基本概念 5．1．1 李雅普诺夫意义下的稳定性 5．1．2标量函数V(x)的正定性 5．2李雅普诺夫稳定性定理 5．2．1李雅普诺夫第一法 5．2．2李雅普诺夫第二法 5．3李雅普诺夫稳定性理论在线性系统分析中的应用 5．3．1 线性连续定常系统稳定性分析 5．3．2 线性时变系统的稳定性分析 5．3．3 线性定常离散系统的稳定性分析 第6章变分法及其在最优控制中的应用 6．1最优控制的基本概念 6．2变分法的基本概念 6．3连续系统动态最优化问题的变分求解法 6．3．1 无约束动态最优化 6．3．2 横截条件 6．3．3 弱极值的充分条件 6．3．4 非固定末端时刻动态最优化问题 6．3．5 Euler—Lagrange方程和横截条件的向量表示法 6．3．6具有等式约束的动态最优化——拉格朗日乘子法 6．4连续系统的最优控制 6．4．1 固定初始时刻与末端时刻的连续最优控制问题 6．4．2 初始时刻固定而末端时刻不固定的连续最优控制问题 第7章极小值原理和典型最优控制 7．1极小值原理 7．2典型最优控制 7．2．1 线性二次型调节器(LQR)问题 7．2．2线性伺服机构 7．2．3 Bang—Bang控制 7．3离散系统最优控制 第8章动态规划及其在最优控制中的应用 8．1动态规划的基本思想 8．1．1 最优路径问题 8．1．2 多级决策问题的一般提法 8．2离散动态规划在离散系统最优控制中的应用 8．2．1最优性原理 8．2．2 离散系统动态规划 8．3连续动态规划及其在连续系统最优控制中的应用 第9章最优状态估计 9．1随机过程的基本理论 9．1．1 引言 9．1．2 随机过程的概念 9．1．3 随机过程的数值特征 9．1．4平稳过程和非平稳过程 9．1．5平稳随机过程的遍历性(各态历经性) 9．2典型随机过程 9．2．1二阶矩过程 9．2．2高斯(正态)过程 9．2．3 马尔可夫过程 9．2．4独立增量过程 9．2．5维纳过程(布朗运动) 9．2．6 白噪声过程 9．3随机线性系统 9．4线性连续系统的最优状态估计 9．5线性离散系统的最优状态估计 第10章系统辨识的基本概念 10．1系统和模型 10．1．1 系统 10．1．2模型 10．2辨识的定义 10．3辨识算法的基本原理 10．4辨识的内容和步骤 10．4．1 辨识目的和先验知识 10．4．2 实验设计 10．4．3数据预处理 10．4．4模型结构辨识 10．4．5模型参数辨识 10．4．6模型验证 第11章经典辨识方法 11．1阶跃响应法 11．1．1 近似法 11．1．2 两点法 11．1．3 面积法 11．1．4拉氏变换法 11．2脉冲响应法 11．2．1 一阶过程 11．2．2二阶过程 11．2．3差分方程法 11．2．4 Hankel矩阵法 11．3频率响应法 第12章现代辨识方法 12．1最小二乘辨识算法 12．1．1 基本概念 12．1．2最小二乘问题的提法 12．1．3最小二乘问题的解 12．1．4 最小二乘参数估计值的统计性质 12．1．5 最小二乘参数估计的递推算法 12．2自适应辨识算法 12．2．1遗忘因子法 12．2．2限定记忆法 12．3偏差补偿最小二乘法 12．4增广最小二乘法 12．5广义最小二乘法 12．6辅助变量法 12．7梯度校正方法 12．8随机逼近法 12．9极大似然法 第13章先进控制技术 13．1 自适应控制 13．1．1 自适应控制系统原理与分类 13．1．2模型参考自适应控制 13．1．3 自校正控制 13．2模型预测控制 13．2．1 预测控制原理 13．2．2 动态矩阵控制 13．2．3模型算法控制 13．2．4广义预测控制 13．3鲁棒控制 13．3．1 对象的不确定性和系统的鲁棒性 13．3．2 H控制 第14章现代控制理论应用若干案例 14．1 乙烯装置裂解炉炉管出口温度解耦控制 14．2循环流化床锅炉燃烧系统自适应控制 14．3基于卡尔曼滤波器的聚酯生产过程质量指标在线估计 14．4精馏过程多变量预测控制 14．5常压蒸馏加热炉的系统辨识 14．6城市交通系统动态最优分配模型 参考文献