现代控制工程

《现代控制工程》以现代控制理论为主要内容，强调现代控制理论和机械工程应用背景的结合，以及利用控制系统辅助软件进行系统分析和设计的能力。主要介绍现代控制理论中的核心内容一以状态空间为基础的线性系统分析和综合，并通过丰富的机电案例展现现代控制理论在机械工程中的具体应用。主要内容包括：控制系统的状态空间表达式；状态空间表达式的求解;控制系统的稳定性与李雅普诺夫方法；控制系统的能控性与能观性；系统的状态反馈、极点配置与状态观测器；系统的优控制；现代控制理论在机械工程中的应用。《现代控制工程》还运用典型机电系统，介绍了MATLAB在控制系统的分析和设计的实际应用。

第1章 绪论 1
1.1 控制系统的基本概念 1
1.2 自动控制系统的基本要求 8
1.3 机械工程控制论的研宄对象与任务 9
1.4 控制理论工程应用实践 11
1.5 控制理论的发展历程 19
1.6 现代控制理论的基本内容 27
第2章 控制系统状态空间表达式——控制系统建模 30
2.1 状态空间表达式基本概念 30
2.2 控制系统方框图和模拟结构图 34
2.3 控制系统状态空间法建模 36
2.4 控制系统状态方程的线性变换 63
2.5 从系统状态空间表达式求传递函数矩阵 71
2.6 离散时间系统的状态空间表达式 78
2.7 线性时变系统和非线性系统的状态空间表达式 80
2.8 机电液系统状态空间表达式的建立 83
2.9 MATLAB在状态空间法中的应用 96
2.10 工程实践示例：直线倒立摆控制系统的状态空间法建模 99
习题 104
第3章 控制系统状态空间表达式的求解——控制系统定量分析 107
3.1 线性连续定常齐次方程的解 107
3.2 矩阵指数函数 108
3.3 线性连续定常非齐次状态方程的解 121
3.4 线性时变系统的解 123
3.5 离散系统状态方程的解 129
3.6 控制系统连续状态空间表达式的离散化 133
3.7 MATLAB在状态方程求解中的应用 138
3.8 工程实践示例：直线倒立摆控制系统的阶跃响应分析142
习题 143
第4章 控制系统的稳定性与李雅普诺夫方法 145
4.1 李雅普诺夫关于稳定性的定义 145
4.2 李雅普诺夫第一法 149
4.3 李雅普诺夫第二法 152
4.4 李雅普诺夫方法在线性系统中的应用 160
4.5 李雅普诺夫方法在非线性系统中的应用 166
4.6 MATLAB在控制系统稳定性分析中的应用 175
4.7 工程实践示例：直线倒立摆控制系统的稳定性分析176
习题 177
第5章 控制系统的能控性与能观测性——控制系统定性分析 179
5.1 线性连续定常系统的能控性 181
5.2 线性连续定常系统的能观测性 194
5.3 能控性与能观测性的对偶关系及对偶原理 200
5.4 能控规范型与能观测规范型 202
5.5 线性定常系统的结构分解 213
5.6 能控性和能观测性与传递函数的关系 223
5.7 线性连续时变系统的能控性与能观测性 230
5.8 离散系统的能控性与能观测性 236
5.9 MATLAB在能控性和能观测性分析中的应用 244
5.10 工程实践示例：直线倒立摆控制系统的能控性与能观测性分析 248
习题 249
第6章 线性定常系统的综合——控制系统设计 253
6.1 线性系统反馈结构及其对系统特性的影响 253
6.2 极点配置 258
6.3 系统镇定 265
6.4 系统解耦 268
6.5 状态观测器 273
6.6 基于观测器的状态反馈系统 281
6.7 MATLAB在控制系统综合中的应用 284
6.8 工程实践示例：直线倒立摆控制系统状态空间极点配置 288
习题 292
第7章 很优控制 295
7.1 概述 295
7.2 研宄很优控制的前提条件 296
7.3 静态很优控制的解 298
7.4 离散时间系统的很优控制 302
7.5 离散时间系统很优控制的离散化处理 306
7.6 泛函及其极值——变分法 307
7.7 用变分法求解连续系统很优控制问题一有约束条件的泛函极值 323
7.8 极小值原理 333
7.9 线性二次型很优控制问题 341
7.10 MATLAB在很优控制中的应用 364
7.11 工程实践示例：直线倒立摆控制系统LQR控制 365
习题 370
第8章 现代控制理论在机械工程中的应用 373
8.1 现代控制理论在机电液系统中的应用 373
8.2 现代控制理论在数控进给伺服系统中的应用 380
8.3 现代控制理论在桥（门）式起重机中的应用 389
8.4 现代控制理论在飞行器控制中的应用 402
8.5 机械系统动态性能很优控制应用 419
参考文献 428