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商品簡介
目次
商品簡介
控制系統理論內容豐富，本書以加強基礎、突出重點、注重應用為原則，主要介紹線性系統的基本理論及其應用、控制系統的不確定性與魯棒性分析、多變量協調控制、最優控制與隨機最優估計等內容。在介紹有關基本概念時，力求在保持理論嚴密性的前提下，盡可能從工程實例來引入重要的概念和方法，使讀者能較快地掌握控制系統理論的基本內容，為今后深入學習本學科的其他分支學科打好基礎。
本書可作為控制理論與控制工程專業本科生或研究生的教材或教學參考書，亦可供相關領域科技人員使用。
本書可作為控制理論與控制工程專業本科生或研究生的教材或教學參考書，亦可供相關領域科技人員使用。
目次
緒論
第1章 控制系統的數學模型
1.1 控制系統的運動方程
1.1.1 動力學系統
1.1.2 描述運動的微分方程
1.1.3 非線性方程的線性化
1.1.4 離散時間運動方程
1.2 線性微分方程的解
1.2.1 線性微分方程的標準解
1.2.2 線性微分方程的拉氏變換解
1.2.3 運動的模態
1.3 控制系統的傳遞函數
1.3.1 傳遞函數
1.3.2 系統結構圖
1.3.3 傳遞函數極點與零點的相消
1.4 控制系統的狀態空間描述
1.4.1 狀態空間的基本概念
1.4.2 狀態空間表達式
1.4.3 由系統微分方程建立狀態空間表達式
1.4.4 系統傳遞函數與狀態空間表達式的互換
1.4.5 組合系統的狀態空間表達式
1.4.6 離散系統的狀態空間表達式
1.5 系統狀態空間表達式的解
1.5.1 矩陣指數函數
1.5.2 狀態轉移矩陣
1.5.3 狀態方程的解
1.5.4 系統特征值與模態的不變性
習題
第2章 線性控制系統的結構分析
2.1 特征值標準型
2.1.1 狀態空間的等價變換
2.1.2 系統的特征值和特征向量
2.1.3 對角線標準型
2.1.4 約當標準型
2.1.5 模態標準型
2.2 狀態可控性
2.2.1 狀態可控性定義
2.2.2 狀態可控性判據
2.3 狀態可觀性
2.3.1 狀態可觀性定義
2.3.2 狀態可觀性判據
2.4 狀態可控性與可觀性的對偶原理
2.5 狀態可控標準型和可觀標準型
2.6 線性系統的結構分解
2.6.1 按可控性分解
2.6.2 按可觀性分解
2.6.3 按可控性和可觀性分解
2.7 狀態可控性可觀性與傳遞函數矩陣
2.7.1 單輸入單輸出系統的零極相消
2.7.2 多輸入多輸出系統的零極相消
2.7.3 輸出可控性
2.8 傳遞函數矩陣的實現
2.8.1 實現和最小實現
2.8.2 標量傳遞函數的實現
習題
第3章 控制系統的穩定性與魯棒性分析
3.1 李雅普諾夫關於穩定性的定義
3.1.1 運動穩定性及平衡狀態
3.1.2 穩定性的幾個定義
3.2 李雅普諾夫第一法
3.2.1 線性系統的穩定性
3.2.2 非線性系統的穩定性
3.3 李雅普諾夫第二法
3.3.1 預備知識
3.3.2 幾個穩定性判據
3.3.3 對李雅普諾夫函數的討論
3.4 李雅普諾夫方法在線性系統中的應用
3.4.1 線性定常連續系統漸近穩定判據
3.4.2 線性定常離散時間系統漸近穩定判據
3.4.3 系統響應的快速性指標
3.4.4 參數的最優化設計
3.4.5 狀態反饋的設計
3.5 李雅普諾夫方法在非線性系統中的應用
3.5.1 雅可比矩陣法
3.5.2 變量梯度法
3.6 系統不確定性與魯棒性
3.6.1 不確定模型
3.6.2 魯棒穩定性
3.6.3 魯棒性能分析
習題
第4章 線性定常系統的綜合
4.1 線性反饋控制系統
4.1.1 狀態反饋
4.1.2 輸出反饋
4.1.3 從輸出到狀態向量導數王反饋
4.1.4 動態補償器
4.1.5 閉環系統的可控性與可觀性
4.2 閉環系統的極點配置
4.2.1 采用狀態反饋
4.2.2 采用輸出反饋
4.2.3 系統鎮定問題
4.3 系統解耦問題
4.3.1 前饋補償器解耦
4.3.2 狀態反饋解耦
4.4 多變量協調控制
4.5 狀態重構
4.5.1 狀態觀測器定義
4.5.2 狀態觀測器的存在性
4.5.3 狀態觀測器的實現
4.5.4 降維觀測器
4.6 帶有狀態觀測器的反饋控制系統
4.6.1 系統的結構與狀態空間表達式
4.6.2 閉環系統的基本特征
4.6.3 狀態反饋系統與輸出反饋系統
4.7 有外擾時控制系統的綜合
4.7.1 調節器問題
4.7.2 閉環系統實現靜態無差的判據
4.7.3 外擾狀態可直接測量時的綜合
4.8 魯棒調節器
4.8.1 常值擾動下的魯棒調節器
4.8.2 魯棒調節器的構造
習題
第5章 最優控制與最優估計
5.1 最優控制的數學描述
5.1.1 最優控制問題的實例
5.1.2 最優控制問題的基本概念
5.2 變分法及其在最優控制中的應用
5.2.1 泛函與變分的基本概念
5.2.2 泛函極值條件
5.2.3 應用變分法求解最優控制問題
5.3 極小值原理及應用
5.3.1 基本原理
5.3.2 Bang—Bang控制
5.3.3 雙積分系統的時間最優控制
5.4 隨機系統及基本估計方法
5.4.1 隨機系統的基礎知識
5.4.2 最小方差估計與線性最小方差估計
習題
第六章 MATLAB應用實例
6.1 引言
6.2 狀態空間模型的建立與變換
6.3 狀態轉移矩陣與狀態方程的求解
6.4 狀態響應求解與響應曲線繪制
6.5 可控性與可觀性的判斷與分解
6.6 系統標準型的求解
6.7 系統穩定性的分析
6.8 閉環系統的極點配置
6.9 狀態觀測器的設計
6.10 二次最優調節器的設計
參考文獻
第1章 控制系統的數學模型
1.1 控制系統的運動方程
1.1.1 動力學系統
1.1.2 描述運動的微分方程
1.1.3 非線性方程的線性化
1.1.4 離散時間運動方程
1.2 線性微分方程的解
1.2.1 線性微分方程的標準解
1.2.2 線性微分方程的拉氏變換解
1.2.3 運動的模態
1.3 控制系統的傳遞函數
1.3.1 傳遞函數
1.3.2 系統結構圖
1.3.3 傳遞函數極點與零點的相消
1.4 控制系統的狀態空間描述
1.4.1 狀態空間的基本概念
1.4.2 狀態空間表達式
1.4.3 由系統微分方程建立狀態空間表達式
1.4.4 系統傳遞函數與狀態空間表達式的互換
1.4.5 組合系統的狀態空間表達式
1.4.6 離散系統的狀態空間表達式
1.5 系統狀態空間表達式的解
1.5.1 矩陣指數函數
1.5.2 狀態轉移矩陣
1.5.3 狀態方程的解
1.5.4 系統特征值與模態的不變性
習題
第2章 線性控制系統的結構分析
2.1 特征值標準型
2.1.1 狀態空間的等價變換
2.1.2 系統的特征值和特征向量
2.1.3 對角線標準型
2.1.4 約當標準型
2.1.5 模態標準型
2.2 狀態可控性
2.2.1 狀態可控性定義
2.2.2 狀態可控性判據
2.3 狀態可觀性
2.3.1 狀態可觀性定義
2.3.2 狀態可觀性判據
2.4 狀態可控性與可觀性的對偶原理
2.5 狀態可控標準型和可觀標準型
2.6 線性系統的結構分解
2.6.1 按可控性分解
2.6.2 按可觀性分解
2.6.3 按可控性和可觀性分解
2.7 狀態可控性可觀性與傳遞函數矩陣
2.7.1 單輸入單輸出系統的零極相消
2.7.2 多輸入多輸出系統的零極相消
2.7.3 輸出可控性
2.8 傳遞函數矩陣的實現
2.8.1 實現和最小實現
2.8.2 標量傳遞函數的實現
習題
第3章 控制系統的穩定性與魯棒性分析
3.1 李雅普諾夫關於穩定性的定義
3.1.1 運動穩定性及平衡狀態
3.1.2 穩定性的幾個定義
3.2 李雅普諾夫第一法
3.2.1 線性系統的穩定性
3.2.2 非線性系統的穩定性
3.3 李雅普諾夫第二法
3.3.1 預備知識
3.3.2 幾個穩定性判據
3.3.3 對李雅普諾夫函數的討論
3.4 李雅普諾夫方法在線性系統中的應用
3.4.1 線性定常連續系統漸近穩定判據
3.4.2 線性定常離散時間系統漸近穩定判據
3.4.3 系統響應的快速性指標
3.4.4 參數的最優化設計
3.4.5 狀態反饋的設計
3.5 李雅普諾夫方法在非線性系統中的應用
3.5.1 雅可比矩陣法
3.5.2 變量梯度法
3.6 系統不確定性與魯棒性
3.6.1 不確定模型
3.6.2 魯棒穩定性
3.6.3 魯棒性能分析
習題
第4章 線性定常系統的綜合
4.1 線性反饋控制系統
4.1.1 狀態反饋
4.1.2 輸出反饋
4.1.3 從輸出到狀態向量導數王反饋
4.1.4 動態補償器
4.1.5 閉環系統的可控性與可觀性
4.2 閉環系統的極點配置
4.2.1 采用狀態反饋
4.2.2 采用輸出反饋
4.2.3 系統鎮定問題
4.3 系統解耦問題
4.3.1 前饋補償器解耦
4.3.2 狀態反饋解耦
4.4 多變量協調控制
4.5 狀態重構
4.5.1 狀態觀測器定義
4.5.2 狀態觀測器的存在性
4.5.3 狀態觀測器的實現
4.5.4 降維觀測器
4.6 帶有狀態觀測器的反饋控制系統
4.6.1 系統的結構與狀態空間表達式
4.6.2 閉環系統的基本特征
4.6.3 狀態反饋系統與輸出反饋系統
4.7 有外擾時控制系統的綜合
4.7.1 調節器問題
4.7.2 閉環系統實現靜態無差的判據
4.7.3 外擾狀態可直接測量時的綜合
4.8 魯棒調節器
4.8.1 常值擾動下的魯棒調節器
4.8.2 魯棒調節器的構造
習題
第5章 最優控制與最優估計
5.1 最優控制的數學描述
5.1.1 最優控制問題的實例
5.1.2 最優控制問題的基本概念
5.2 變分法及其在最優控制中的應用
5.2.1 泛函與變分的基本概念
5.2.2 泛函極值條件
5.2.3 應用變分法求解最優控制問題
5.3 極小值原理及應用
5.3.1 基本原理
5.3.2 Bang—Bang控制
5.3.3 雙積分系統的時間最優控制
5.4 隨機系統及基本估計方法
5.4.1 隨機系統的基礎知識
5.4.2 最小方差估計與線性最小方差估計
習題
第六章 MATLAB應用實例
6.1 引言
6.2 狀態空間模型的建立與變換
6.3 狀態轉移矩陣與狀態方程的求解
6.4 狀態響應求解與響應曲線繪制
6.5 可控性與可觀性的判斷與分解
6.6 系統標準型的求解
6.7 系統穩定性的分析
6.8 閉環系統的極點配置
6.9 狀態觀測器的設計
6.10 二次最優調節器的設計
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