现代控制理论 第2版

现代控制理论是建立在状态空间法基础上的一种控制理论与方法，是自动控制理论的一个重要组成部分。本书反映现代控制理论的发展和趋势，以加强基础、突出思维和培养能力为原则，详细介绍了基于状态空间模型的线性系统分析和综合方法，包括控制系统的状态空间描述、线性系统的运动分析、线性系统的能控性与能观性、稳定性理论与李雅普诺夫方法、线性时不变系统的综合和控制方法。在此基础上，还给出了MATLAB仿真算例和工程应用案例，便于读者用MATLAB软件解决控制系统的分析和设计问题。本书可作为高等学校自动化专业本科生教材，也可作为其他相关专业本科生或控制科学与工程学科研究生及相关领域工程技术人员的参考书。

第2版前言第1版前言绪论01控制理论的发展回顾02现代控制理论的研究范围及其分支03经典控制理论与现代控制理论的研究与比较04设计一个控制系统的基本步骤05MATLAB仿真平台06本书的内容和特点第1章控制系统的状态空间描述11状态空间的基本概念111系统的基本概念112系统数学描述的基本概念113系统状态描述的基本概念12控制系统的状态空间表达式121状态空间表达式122状态空间表达式的一般形式123状态空间表达式的向量结构图124状态空间表达式的模拟结构图13控制系统状态空间表达式的建立131由系统框图建立状态空间表达式132由机理法建立状态空间表达式133由传递函数或微分方程建立状态空间表达式14线性系统的传递函数矩阵141由状态空间表达式求传递函数矩阵142组合系统的传递函数矩阵15线性系统的数学模型变换151线性变换152系统特征值与特征向量153通过线性变换将状态空间表达式化为规范型154传递函数的并联型实现16离散系统的状态空间描述161离散系统的状态空间表达式162由差分方程建立状态空间表达式163由离散系统状态空间表达式求脉冲传递函数矩阵17非线性系统近似（局部）线性化后的状态空间表达式18MATLAB在系统数学模型中的应用181线性系统的数学模型182传递函数模型与状态空间模型的相互转换183线性系统的线性变换19本章要点习题第2章线性系统的运动分析21线性定常系统状态方程的解211齐次状态方程的解212状态转移矩阵的运算性质213状态转移矩阵的计算方法214非齐次状态方程的解22线性时变系统状态方程的解221齐次状态方程的解222状态转移矩阵的运算性质223状态转移矩阵的计算方法224非齐次状态方程的解23线性离散系统状态方程的解231迭代法232Z变换法24线性连续系统的离散化241线性定常连续系统的离散化242线性时变连续系统的离散化243近似离散化25MATLAB在线性系统动态分析中的应用251MATLAB求解线性定常系统的状态转移矩阵252MATLAB求解定常系统的时间响应253MATLAB变换连续状态空间模型为离散状态空间模型26本章要点习题第3章线性系统的能控性与能观性31线性连续系统的能控性311线性连续系统能控性定义312线性定常连续系统的能控性判据313线性时变连续系统的能控性判据32线性连续系统的能观性321线性连续系统能观性定义322线性定常连续系统的能观性判据323线性时变连续系统的能观性判据33线性离散系统的能控性和能观性331线性离散系统能控性定义332线性定常离散系统能控性判据333线性离散系统能观性定义334线性定常离散系统能观性判据34线性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能控规范型与能观规范型351单输入系统的能控规范型352单输出系统的能观规范型36线性系统的结构分解361按约当规范型分解362按能控性分解363按能观性分解364按能控能观性分解37传递函数矩阵的实现问题371实现问题的基本概念372系统的规范型实现373传递函数矩阵的最小实现38传递函数矩阵与能控性和能观性的关系39MATLAB在系统能控性和能观性分析中的应用310本章要点习题第4章稳定性理论与李雅普诺夫方法41稳定性基本概念411外部稳定性412内部稳定性413外部稳定性与内部稳定性的关系42李雅普诺夫稳定性的基本概念421平衡状态422范数423李雅普诺夫稳定性的定义43李雅普诺夫间接法431线性系统的稳定判据432非线性系统的稳定判据44李雅普诺夫直接法441李雅普诺夫直接法的基本思想442二次型函数及其定号性443李雅普诺夫稳定性定理45李雅普诺夫直接法在线性时不变系统中的应用451连续系统的李雅普诺夫稳定性分析452离散系统的李雅普诺夫稳定性分析46李雅普诺夫直接法在线性时变系统中的应用461连续系统的李雅普诺夫稳定性分析462离散系统的李雅普诺夫稳定性分析47李雅普诺夫直接法在非线性系统中的应用471雅可比（Jacobian）矩阵法472变量梯度法48MATLAB在系统稳定性分析中的应用49本章要点习题第5章线性时不变系统的综合51线性时不变系统反馈控制的结构及特性511状态反馈512输出反馈513从输出到状态向量导数x·的反馈514动态补偿器515反馈控制对系统能控性和能观性的影响52闭环极点配置521采用状态反馈522采用输出反馈523采用从输出到状态向量导数x·的反馈53系统镇定问题54渐进跟踪与干扰抑制问题541具有输入变换的跟踪控制542具有干扰抑制的渐进跟踪控制55状态观测器551状态观测器定义552状态观测器存在条件553全维观测器设计554降维观测器设计56带状态观测器的状态反馈系统561闭环控制系统的结构与状态空间表达式562闭环控制系统的基本特性563带观测器的状态反馈系统与带补偿器的输出反馈系统的等价性57MATLAB在线性时不变系统综合中的应用571利用MATLAB实现极点配置572利用MATLAB设计全维状态观测器573利用MATLAB设计降维状态观测器574带状态观测器的系统极点配置58现代控制理论的应用举例581现代控制理论的应用问题解析582车载倒立摆控制系统设计实例583Truck-Trailer控制系统设计59本章要点习题第6章最优控制61最优控制概述611最优控制问题612最优控制的应用类型613最优控制的提法62泛函及其极值——变分法621泛函和变分622固定端点的变分问题623可变端点的变分问题63变分法在最优控制中的应用631固定终端状态的最优控制问题632可变终端状态的最优控制问题64极小值原理及其应用641连续系统的极小值原理642离散系统的极小值原理65线性二次型的最优控制651状态调节器652输出调节器653输出跟踪器66MATLAB在最优控制中的应用67本章要点习题参考文献