现代控制理论与工程

本书从工程实践的角度出发，系统地介绍了现代控制理论的基本内容及其应用。主要内容包括：自动控制的基本概念、线性系统理论（包括状态空间描述、状态空间分析和状态空间综合）、系统稳定性分析、很优控制理论（包括变分法、极小值原理、动态规划和鲁棒很优控制）、很优估计理论（基本估计方法和卡尔曼滤波）、系统辨识（非参数辨识方法和参数辨识方法）、自适应控制（模型参考自适应和自校正控制）、智能控制理论，控制理论应用实例等。本书可作为自动控制及其他相关专业大学高年级本科生、研究生的教材，也可作为对控制理论感兴趣的科技人员的参考书。

高向东，教授，广东工业大学，博士生导师，广州市焊接机械工程协会常务理事、中国机械工程学会不错会员、中国自动化学会不错会员、国家科学技术奖励评审专家。

第1章概述1.1现代控制理论的基本概念
1.1.1自动控制理论的发展
1.1.2现代控制理论的基本概念
1.2现代控制理论的基本内容
1.3自动控制系统
1.3.1控制系统的概念
1.3.2开环控制系统与闭环控制系统
1.4自动控制系统的类型
1.5自动控制系统的标准
1.5.1对控制系统的要求
1.5.2典型输入信号
1.5.3控制系统的性能指标
本章小结
习题第2章线性控制系统的状态空间
描述2.1状态空间描述的概念
2.1.1基本概念
2.1.2被控过程的状态空间描述
2.1.3系统状态空间描述的特点
2.2系统的时域描述转化为状态空间描述
2.3系统的频域描述转化为状态空间描述
2.4应用MATLAB的系统状态空间描述
本章小结
习题
第3章控制系统状态空间的特性
3.1状态转移矩阵及状态方程的求解
3.1.1状态转移矩阵
3.1.2状态转移矩阵的求解
3.1.3状态转移矩阵的性质
3.2线性系统非齐次状态方程的求解
3.2.1线性系统非齐次状态方程的求解
3.2.2伴随方程
3.3系统的脉冲响应
3.3.1脉冲响应
3.3.2脉冲响应的不变性
3.4系统的能控性和能观测性
3.4.1系统的能控性
3.4.2系统的能观测性
3.4.3能控性、能观测性与传递函数的关系
3.4.4能控性和能观测性之间的对偶原理
3.5能控标准形和能观测标准形
3.5.1能控标准形的变换
3.5.2能观测标准形的变换
3.6状态反馈与状态观测器
3.6.1系统的状态反馈
3.6.2系统的极点配置
3.6.3状态观测器
本章小结
习题
第4章系统的稳定性原理
4.1李亚普诺夫关于稳定性的定义
4.2根据系统矩阵A分析线性定常系统的稳定性
4.3李亚普诺夫第二法——直接法
4.3.1标量函数的正定性、负定性和不定性
4.3.2二次型函数的正定性
4.3.3李亚普诺夫直接法
本章小结
习题
第5章最优控制
5.1最优控制的基本概念
5.2最优控制的变分法
5.2.1泛函与变分法
5.2.2用变分法求解最优控制问题
5.3极大值原理
5.4具有二次型性能指标的线性调节器问题
5.4.1二次型性能指标的最优控制
5.4.2终点时间有限的线性调节器问题
5.4.3终点状态固定的线性调节器问题
5.4.4终点时间无限的线性调节器问题
5.5动态规划
5.5.1多步决策问题及最优性原理
5.5.2线性连续系统状态空间表达式的离散化
5.5.3离散系统的动态规划法本章小结
习题
第6章自适应控制系统
6.1自适应控制系统的基本概念
6.1.1自适应控制系统及类型
6.1.2自适应控制的理论问题
6.1.3自适应控制的发展和应用概况
6.2模型参考自适应控制
6.2.1局部参数优化型模型参考自适应控制系统
6.2.2李亚普诺夫稳定性理论设计模型参考自适应系统
6.3自校正自适应控制
6.3.1预测模型
6.3.2最小方差控制
6.3.3极点配置自校正控制
6.4鲁棒控制
6.4.1基本概念
6.4.2H∞鲁棒控制理论
6.4.3H∞优化与鲁棒控制
6.4.4H∞标准控制的基本问题
本章小结
习题
第7章最优估计
7.1概述
7.2最小二乘估计
7.3卡尔曼滤波
7.3.1基本概念
7.3.2卡尔曼滤波递推算法
本章小结
习题
第8章系统辨识
8.1概述
8.1.1系统辨识的概念
8.1.2系统辨识的发展概况
8.2系统辨识的基本方法
8.2.1线性定常单输入单输出离散系统数学模型
8.2.2脉冲响应法
8.2.3最小二乘法（LS）
8.3模式识别
8.3.1基本概念
8.3.2模式识别（分类）代表性方法
本章小结
习题
第9章智能控制
9.1智能控制的基本概念
9.1.1专家控制系统
9.1.2模糊控制
9.1.3人工神经网络控制系统
9.2模糊控制系统（FuzzyControl System）
9.2.1模糊控制系统的组成
9.2.2模糊控制器的工作原理
9.3人工神经网络控制
9.3.1人工神经网络模型
9.3.2人工神经网络的基本工作原理
9.3.3学习算法
9.4专家系统控制
9.4.1直接专家系统控制
9.4.2间接专家系统控制
本章小结
习题
第10章自动控制技术应用实例
10.1模糊PID控制技术在焊缝跟踪中的应用
10.1.1焊缝跟踪技术在工程中的应用
10.1.2焊缝跟踪控制系统的结构
10.1.3焊缝跟踪控制系统的步进电机驱动装置
10.1.4自调整PID模糊控制器的设计
10.1.5焊缝跟踪试验及结果分析
10.2模式识别在铁路车辆闸瓦检测中的应用
10.2.1机器视觉及铁路车辆闸瓦
10.2.2闸瓦在线检测系统
10.2.3闸瓦的图像识别
10.2.4闸瓦图像的分割
10.2.5闸瓦测量与分析
10.3卡尔曼滤波在自动激光焊目标跟踪控制中的应用
10.3.1激光焊接试验系统及焊缝特征参数提取
10.3.2卡尔曼滤波焊缝预测跟踪建模与试验研究
10.3.3色噪声卡尔曼滤波焊缝预测跟踪算法
10.4系统辨识在激光焊接过程飞溅特征分析中的应用
10.4.1研究背景
10.4.2大功率盘形激光焊接试验设计
10.4.3系统辨识在焊接过程飞溅特征分析中的应用
本章小结
参考文献