現代控制理論（簡體書）

現代控制理論是建立在狀態空間法基礎上的一種控制理論，是自動控 制理論的一個重要組成部分。《現代控制理論》反映當前技術發展的主流 和趨勢，以加強基礎、突出處理問題的思維方法、培養學生分析問題和解 決問題的能力為原則，詳細介紹了基於狀態空間模型的線性系統分析和綜 合方法，包括狀態空間模型的建立、系統的運動分析、系統的可控性和可 觀性、極點配置、狀態觀測器設計、李雅普諾夫穩定性理論，以及線性二 次型最優控制，並且增加了非線性系統分析與控制的內容。 《現代控制理論》敘述深入淺出，理論聯系實際，盡可能從實際背景 的分析中提出要討論的問題、概念和方法。在介紹系統分析和控制系統設 計方法的同時，適當地給出了相應的MATLAB函數，便於讀者利用MATLAB軟 件來有效求解控制系統的一些計算和仿真問題，以加深對概念和方法的理 解。 本書適合作為自動化及其相關專業的本科生、研究生教材，也可供相 關工程技術人員學習參考。本書由沈陽工程學院田衛華副教授擔任主編。

《現代控制理論》以加強基礎、突出處理問題的思維方法、培養學生分析問題和解決問題的能力為原則，力求反映當前技術發展的主流和趨勢，詳細介紹了現代控制理論的主要理論和方法。本書敘述深入淺出，理論聯系實際，盡可能從實際背景的分析中提出要討論的問題、概念和方法。在介紹系統分析和控制系統設計方法的同時，也給出了相應的MATLAB函數，便於讀者利用MATLAB軟件來有效求解控制系統的一些計算和仿真問題，以加深對概念和方法的理解。本書由沈陽工程學院田衛華副教授擔任主編。

緒論 0.1 控制理論的發展歷程 0.2 現代控制理論的性質和基本概念 0.3 現代控制理論在電力系統中的應用 0.4 本書研究的主要內容和特點 第1章 線性系統的狀態空間模型 1.1 狀態空間模型的基本概念 1.2 線性系統的狀態空間模型 1.2.1 電路系統狀態空間模型表達式 1.2.2 力學系統狀態空間模型表達式 1.2.3 機電系統狀態空間模型表達式 1.2.4 化工過程狀態空間模型表達式 1.3 從微分方程模型推導狀態空間表達式 1.3.1 由微分方程求狀態空間表達式 1.3.2 由傳遞函數求狀態空間表達式 1.3.3 傳遞函數矩陣及其最小實現 1.4 利用MATLAB進行系統模型間的相互轉換 1.4.1 由傳遞函數到狀態空間表達式的轉換 1.4.2 由狀態空間表達式到傳遞函數的轉換 1.5 由控制系統的結構圖導出狀態空間表達式 1.6 線性變換 1.6.1 系統狀態的線性變換 1.6.2 系統特徵值和特徵向量 1.6.3 把狀態方程變換為對角標準型 1.6.4 把狀態方程變換為約當標準型 1.7 離散時間系統的狀態空間表達式 本章小結 習題 第2章 線性定常系統的運動分析 2.1 線性定常連續系統齊次狀態方程的解 2.2 狀態轉移矩陣的性質 2.3 幾個特殊的狀態轉移矩陣 2.4 狀態轉移矩陣的計算 2.4.1 直接計演算法 2.4.2 線性變換法 2.4.3 拉普拉斯變換法 2.4.4 Caley-Hamilton定理法 2.5 線性定常連續系統非齊次狀態方程的解 2.5.1 直接法 2.5.2 拉普拉斯變換法 2.6 利用MATLAB求解系統的狀態方程 2.7 線性定常離散系統狀態方程的解 2.7.1 線性定常連續系統動態方程的離散化 2.7.2 遞推法(迭代法) 2.7.3 z變換法 本章小結 習題 第3章 線性系統的可控性與可觀性 3.1 線性定常連續控制系統的可控性 3.1.1 可控性定義 3.1.2 可控性判據 3.2 線性定常連續控制系統的可觀性 3.2.1 可觀性定義 3.2.2 可觀性判據 3.3 可控標準型和可觀標準型 3.3.1 單輸入系統的可控標準型 3.3.2 單輸出系統的可觀標準型 3.4 對偶原理 3.5 線性定常離散控制系統的可控可觀性 3.5.1 離散系統可控性 3.5.2 離散系統可觀性 3.6 線性定常控制系統的結構分解 3.6.1 按可控性結構分解 3.6.2 按可觀性結構分解 本章小結 習題 第4章 線性時不變系統的綜合與設計 4.1 極點配置問題 4.1.1 狀態反饋與極點配置 4.1.2 閉環極點任意配置的條件 4.1.3 極點配置的演算法 4.2 狀態觀測器設計 4.2.1 開環狀態觀測器 4.2.2 閉環全維狀態觀測器 4.2.3 降維狀態觀測器 4.3 利用狀態觀測器構成狀態反饋閉環系統 4.3.1 系統的結構與數學模型 4.3.2 閉環系統的基本特性 4.3.3 具有降階觀測器的狀態反饋控制系統 4.4 基於MATLAB的系統綜合 4.4.1 常用函數指令 4.4.2 應用舉例 本章小結 習題 第5章 控制系統的李雅普諾夫穩定性分析 5.1 李雅普諾夫關於穩定性的定義 5.1.1 控制系統的平衡狀態 5.1.2 李雅普諾夫意義下的穩定性定義 5.2 李雅普諾夫第一方法 5.2.1 線性系統的穩定性判據 5.2.2 非線性系統的穩定性 5.3 李雅普諾夫第二方法 5.3.1 預備知識 5.3.2 幾個穩定性判據 5.4 線性定常系統的李雅普諾夫穩定性分析 5.4.1 線性定常連續系統的穩定性分析 5.4.2 線性定常離散系統的穩定性分析 5.5 非線性系統的李雅普諾夫穩定性分析 5.5.1 李雅普諾夫第二方法在非線性系統中的應用 5.5.2 基於李雅普諾夫第二方法的非線性系統分析 5.5.3 非自治系統的李雅普諾夫分析 本章小結 習題 第6章 最優控制 6.1 最優控制問題的基本概念 6.1.1 目標函數 6.1.2 約束條件 6.2 變分法 6.2.1 變分法的基本概念 6.2.2 變分法在最優控制中的應用 6.3 極小值原理 6.3.1 極小值原理在連續系統中的應用 6.3.2 極小值原理在離散系統中的應用 6.4 動態規劃法 6.4.1 動態規劃法在離散系統中的應用 6.4.2 動態規劃法在連續系統中的應用 6.5 線性二次型最優控制問題及MATLAB解法 6.6 離散系統線性二次型最優控制 本章小結 習題 第7章 非線性時不變控制系統分析 7.1 非線性系統概述 7.1.1 非線性系統的特徵 7.1.2 非線性系統的主要研究方法 7.2 輸入輸出穩定性 7.2.1 Lp穩定性 7.2.2 狀態模型的Lp穩定性 7.3 輸入-狀態穩定性 7.3.1 定義及穩定條件 7.3.2 輸入-狀態穩定性與L∞穩定的關系 7.4 非線性系統的可控性與可觀性 7.4.1 局部可控性 7.4.2 局部可觀性 7.5 無源性概念 7.6 小增益定理 本章小結 習題 第8章 非線性時不變控制系統設計 8.1 反饋線性化 8.1.1 反饋線性化的直觀概念 8.1.2 反饋線性化的條件 8.1.3 反饋線性化的局限性 8.2 滑模控制方法 8.2.1 引例 8.2.2 滑模控制器設計 8.2.3 穩定性 8.3 反步設計法 8.3.1 基於反步法的控制器設計 8.3.2 自適應反步設計法 8.3.3 基於觀測器的反步設計法 本章小結 習題 參考文獻