现代控制理论基础与应用(普通高等教育创新型人才培养规划教材)

本教材的内容阐述循序 渐进，富有启发性；论证 与实例配合紧密，可读性 好。全书以状态空间法为 基础阐述了现代控制理论 的基本原理及其分析和综 合方法。全书共7章，内容 包括控制系统的状态空间 捕述、线性系统的运动分 析、控制系统的能控性和 能观性、李雅普诺夫稳定 性分析、线性系统的状态 综合及倒立摆应用实例。 同时，本教材还适当介绍 了相关内容的MATLAB仿 真求解方法，以加深对相 关知识的理解。最后，还 以经典控制模型倒立摆系 统为例，介绍了现代控制 理论在实际控制系统中的 应用方法和过程。 本教材适用于自动化、 电气工程、系统工程等本 科专业，同时也可供控制 领域工程师及相关专业技 术人员参考。

第0章 绪论 O.1 自动控制理论的发展与现状 0.1.1 控制理论发展初期及经典控制理论阶段 O.1.2 现代控制理论阶段 0.1.3 大系统理论和智能控制理论阶段 0.2 现代控制理论的研究范围 0.2.1 系统辨识 0.2.2 线性系统理论 0.2.3 最优控制 0.2.4 最优滤波(最佳估计) O.2.5 自适应控制 0.3 经典与现代控制理论的比较 O.3.1 经典与现代控制理论的区别 0.3.2 经典控制理论与现代控制理论的关系 0.4 控制理论的应用 O.5 未来的发展方向——智能控制 0.6 MATLAB软件 第1章 控制系统状态空间描述 1.1 状态空间模型 1.1.1 状态空间的相关概念 1.1.2 状态空间一般表达式 1.1.3 状态空间表达式的模拟结构图 1.2 状态空间表达式的建立 1.2.1 由系统机理建立状态空间表达式 1.2.2 由动态结构图求取系统状态空间表达式 1.2.3 由微分方程求取状态空间表达式 1.2.4 由传递函数求取状态空间表达式 1.3 系统状态空间的线性变换 1.3.1 系统状态空间表达式的非唯一性 1.3.2 特征值不变性与系统的不变量 1.3.3 状态空间表达式变换为约旦标准型 1.4 系统传递函数阵 1.4.1 由状态空间表达式求传递函数(阵) 1.4.2 传递函数(阵)的不变性 1.5 离散系统状态空间描述 1.5.1 由差分方程建立状态空间表达式 1.5.2 由脉冲传递函数建立状态空间表达式 1.6 非线性和时变系统的状态空间描述 1.6.1 非线性系统 1.6.2 时变系统 1.7 MATLAB进行状态空间模型的建立 习 题 第2章 线性系统状态空间表达式的解 2.1 线性定常系统齐次状态方程的解 2.1.1 矩阵指数法 2.1.2 反拉氏变换法 2.2 状态转移矩阵 2.2.1 状态转移矩阵的性质 2.2.2 几个特殊的矩阵指数函数 2.2.3 状态转移矩阵φ(t)或eAt的计算 2.3 线性定常系统非齐次方程的解 2.4 线性时变系统状态方程的解 2.4.1 线性时变系统齐次方程的解 2.4.2 状态转移矩阵的性质 2.4.3 线性时变系统非齐次方程的解 2.5 离散时间系统的状态空间分析 2.5.1 连续系统状态空间方程的离散化 2.5.2 离散时间系统状态方程的解 2.5.3 离散系统的状态转移矩阵φ(k)的计算 2.6 利用MATLAB求解状态空间表达式 习 题 第3章 控制系统的能控性和能观性 3.1 系统的能控性及其判别 3.1.1 线性定常系统的能控性定义 3.1.2 线性定常连续系统的能控性判别 3.1.3 线性定常连续系统能控性的另一种判别方法 3.1.4 线性定常离散系统的能控性判别 3.1.5 线性定常连续系统的输出能控性 3.2 系统的能观性及其判别 3.2.1 线性定常连续系统的能观性 3.2.2 线性定常连续系统能观性的另一种判别方法 3.2.3 线性定常离散系统的能观性 3.3 系统能控标准型和能观标准型 3.3.1 单输入系统的能控标准型 3.3.2 单输出系统的能观标准型 3.4 系统能控性和能观性的对偶关系 3.4.1 对偶系统 3.4.2 对偶原理 3.5 线性系统的结构分解 3.5.1 化为约旦标准型的分解 3.5.2 按能控性和能观性分解 3.6 传递函数矩阵的状态空间实现 3.6.1 实现问题的基本概念和属性 3.6.2 能控标准型实现和能观标准型实现 3.6.3 最小实现 3.6.4 能控性和能观性与传递函数(阵)的关系 3.7 系统能控性和能观性的MATLAB分析 3.7.1 系统的能控性和能观性分析 3.7.2 系统能控性分解 3.7.3 系统能观性分解 习 题 第4章 李雅普诺夫稳定性分析 4.1 李雅普诺夫稳定性定义 4.1.1 系统的平衡状态 4.1.2 李雅普诺夫意义下的稳定 4.2 李雅普诺夫第一法 4.3 李雅普诺夫第二法 4.3.1 标量函数的符号特性 4.3.2 二次型标量函数 4.3.3 二次型标量函数的符号特性 4.3.4 稳定性判据 4.4 线性定常系统的稳定性分析 4.5 线性定常离散时间系统状态稳定性分析 4.6 线性时变连续系统的稳定性分析 4.7 非线性系统的李雅普诺夫稳定性分析 4.8 利用MATLAB进行控制系统的稳定性分析 4.8.1 李雅普诺夫第一法分析系统稳定性 4.8.2 李雅普诺夫第二法分析系统稳定性 习 题 第5章 线性定常系统的综合 5.1 反馈控制结构及其特性 5.1.1 状态反馈 5.1.2 输出反馈 5.1.3 闭环系统的能控性与能观性 5.2 极点配置 5.2.1 状态反馈极点配置方法 5.2.2 输出反馈极点配置方法 5.3 系统镇定问题 5.3.1 状态反馈镇定 5.3.2 输出反馈镇定 5.4 状态观测器 5.4.1 状态观测器的设计思路 5.4.2 状态观测器的定义 5.4.3 状态观测器的存在性