现代控制理论

本书是针对高等院校理工科高年级学生编写的控制系统基础理论教科书。本书全面系统地论述了控制系统状态空间分析的基本方法及状态空间综合的基本理论与方法，包括：控制系统的状态空间描述，控制系统状态方程的解，线性控制系统的能控性和能观测性，控制系统的稳定性分析，状态反馈、输出反馈、极点配置与状态观测器设计，以及最优控制等基本内容。另外，为了加强实践环节的教学，将MATLAB语言的知识穿插到各章内容中，以利于培养学生利用计算机解决实际问题的能力。各章列举了大量实际应用例题，强调了基本理论的工程实际应用。 本书可作为高等院校自动化、电气工程及其自动化、智能工程、人工智能等专业本科生的教材，也可供相关专业研究生、科研人员以及从事控制工程的技术人员参考。

高等院校教师

目录 前言 第1章绪论 1.1控制理论的发展过程 1.1.1经典控制理论阶段 1.1.2现代控制理论阶段 1.1.3大系统理论和智能控制理论阶段 1.1.4经典控制理论与现代控制理论的联系与比较 1.2现代控制理论的主要内容 1.2.1线性系统的一般理论 1.2.2系统辨识 1.2.3最优控制 1.2.4自适应控制 1.2.5最优滤波 1.2.6鲁棒控制 1.2.7非线性系统理论 1.3本课程的基本任务 第2章控制系统的状态空间描述 2.1状态空间表达式 2.1.1状态、状态变量和状态空间 2.1.2状态空间表达式 2.1.3状态变量的选取 2.1.4状态空间表达式的系统结构图和模拟结构图 2.2传递函数与传递函数阵 2.2.1单输入单输出系统 2.2.2多输入多输出系统 2.2.3组合系统的传递函数阵 2.3系统状态空间表达式的建立 2.3.1从系统机理出发建立状态空间表达式 2.3.2从系统框图求状态空间表达式 2.3.3根据系统微分方程建立状态空间表达式 2.3.4由系统传递函数求状态空间表达式 2.4线性变换 2.4.1系统状态的线性变换 2.4.2线性变换的基本性质 2.4.3化系统矩阵A为标准形 2.5离散时间系统的状态空间表达式 2.5.1将差分方程化为状态空间表达式 2.5.2离散系统的脉冲传递函数矩阵 2.6时变系统的状态空间表达式 2.7用MATLAB分析状态空间模型 习题 第3章控制系统状态方程的解 3.1线性定常系统齐次状态方程的解 3.2状态转移矩阵 3.2.1状态转移矩阵的性质 3.2.2状态转移矩阵的计算 3.3线性定常系统非齐次状态方程的解 3.4线性定常离散系统状态方程的解 3.4.1线性定常连续系统状态方程的离散化 3.4.2线性定常离散系统状态方程的解 3.5线性时变系统状态方程的解 3.5.1时变系统状态方程解的特点 3.5.2线性时变系统齐次状态方程的解 3.5.3线性时变系统状态转移矩阵Φ（t，t0）基本性质 3.5.4线性时变系统非齐次状态方程的解 3.6利用MATLAB求解系统的状态方程 习题 第4章线性控制系统的能控性和能观测性 4.1线性控制系统的能控性和能观测性概述 4.2线性定常系统的能控性 4.2.1线性定常系统能控性定义 4.2.2线性定常系统能控性判据 4.3线性定常连续系统的能观测性 4.3.1线性定常连续系统能观测性定义 4.3.2线性定常连续系统能观测性判据 4.4线性离散系统的能控性与能观测性 4.4.1线性定常离散系统的能控性 4.4.2线性定常离散系统的能观测性 4.4.3连续系统离散化后的能控性与能观测性 4.5线性时变系统的能控性与能观测性 4.5.1线性时变系统的能控性判据 4.5.2线性时变系统的能观测性判据 4.6能控性与能观测性的对偶关系 4.7系统的能控标准形与能观测标准形 4.7.1系统的能控标准形 4.7.2系统的能观测标准形 4.8能控性和能观测性与传递函数矩阵的关系 4.9线性系统的结构分解 4.9.1按能控性分解 4.9.2按能观测性分解 4.9.3按能控性和能观测性分解 4.10系统的实现问题 4.10.1单输入单输出系统的实现问题 4.10.2多输入多输出系统的实现问题 4.10.3传递函数矩阵的最小实现 4.11利用MATLAB实现系统能控性与能观测性分析 4.11.1判断线性系统的能控性和能观测性 4.11.2线性系统按能控性或能观测性分解 4.11.3线性系统转换成能控标准形和能观测标准形 习题 第5章控制系统的稳定性分析 5.1问题引出 5.2李雅普诺夫稳定性定义 5.2.1稳定和一致稳定 5.2.2渐近稳定 5.2.3大范围渐近稳定 5.2.4不稳定 5.3李雅普诺夫稳定性理论 5.3.1李雅普诺夫第一法 5.3.2李雅普诺夫第二法 5.4李雅普诺夫方法在线性系统中的应用 5.4.1线性定常连续系统渐近稳定判据 5.4.2线性时变连续系统渐近稳定判据 5.4.3线性定常离散系统渐近稳定判据 5.4.4线性时变离散系统渐近稳定判据 5.5李雅普诺夫方法在非线性系统中的应用 5.5.1克拉索夫斯基法 5.5.2变量-梯度法 5.6利用MATLAB分析系统的稳定性 习题 第6章线性定常系统的综合 6.1线性反馈控制系统的基本结构 6.1.1状态反馈 6.1.2输出反馈 6.1.3闭环系统的能控性和能观测性 6.2极点配置 6.2.1状态反馈的极点配置 6.2.2具有输入变换器和串联补偿器的状态反馈极点配置 6.2.3输出反馈的极点配置 6.3系统镇定问题 6.4解耦控制 6.4.1解耦的定义 6.4.2串联解耦 6.4.3状态反馈解耦 6.5状态观测器 6.5.1状态观测器原理 6.5.2全维状态观测器设计 6.5.3降维状态观测器设计 6.6带状态观测器的状态反馈闭环系统 6.6.1系统的结构 6.6.2系统的基本特性 6.7基于MATLAB的控制系统综合 6.7.1基于MATLAB的状态观测器设计 6.7.2基于MATLAB设计控制系统示例 习题 第7章最优控制 7.1引言 7.1.1最优控制问题的提出 7.1.2最优控制基本概念 7.2变分法 7.2.1变分法的基本概念 7.2.2最优控制问题的变分解法 7.3极小值原理 7.4动态规划法 7.4.1多段决策问题 7.4.2动态规划法在连续系统中的应用 7.4.3动态规划法在离散系统中的应用 7.5线性二次型性能指标的最优控制 7.5.1问题提出 7.5.2状态调节器 7.5.3输出调节器 7.5.4跟踪问题 7.6基于MATLAB的最优控制系统应用 习题 参考文献