现代控制理论

第0章 绪论

0.1 控制理论的产生及其发展

0.2 现代控制理论的基本内容

0.3 本书的内容和特点

0.4 学习建议

第1章 控制系统的状态空间描述

1.1 状态及状态空间表达式

1.1.1 控制系统中状态的基本概念

1.1.2 状态空间表达式及一般形式

1.1.3 状态空间表达式的系统结构图与模拟结构图

1.2 根据系统的物理机理建立状态空间表达式

1.3 由系统的微分方程式建立状态空间表达式

1.3.1 微分方程式中不含输入函数导数项

1.3.2 微分方程式中含输入函数导数项

1.4 由系统方框图建立状态空间表达式

1.5 由系统的传递函数建立状态空间表达式

1.5.1 标准型法

1.5.2 串联法

1.5.3 并联法

1.6 系统的状态空间表达式与传递函数阵

1.6.1 由系统的状态空间表达式求传递函数阵

1.6.2 组合系统的状态空间表达式及传递函数阵

1.7 系统状态向量的线性变换

1.7.1 线性变换

1.7.2 化状态方程式为对角线标准型

1.7.3 化状态方程式为约当标准型

1.8 离散时间系统的状态空间描述

1.8.1 离散时间系统的状态空间表达式

1.8.2 差分方程化为状态空间表达式

1.8.3 脉冲传递函数化为状态空间表达式

1.8.4 由状态空间表达式求脉冲传递函数阵

1.9 基于MATLAB的控制系统状态空间描述

1.9.1 利用MATLAB描述系统模型

1.9.2 利用MATLAB实现状态空间表达式与传递函数阵的

相互转换

1.9.3 利用MATLAB实现系统的线性变换

1.9.4 利用MATLAB实现系统模型的连接

小结

习题

第2章 线性控制系统状态空间表达式的求解

2.1 线性定常连续系统齐次状态方程的解

2.2 线性定常连续系统的状态转移矩阵

2.2.1 状态转移矩阵及其性质

2.2.2 矩阵指数函数的计算

2.3 线性定常连续系统非齐次状态方程的求解

2.4 线性时变连续系统状态方程式的求解

2.4.1 齐次状态方程式的解

2.4.2 线性时变系统状态转移矩阵

2.4.3 线性时变系统非齐次状态方程式的解

2.5 线性离散时间系统状态方程式的求解

2.5.1 迭代法

2.5.2 z变换法

2.5.3 离散系统状态转移矩阵的求解

2.6 线性连续时间系统的离散化

2.6.1 线性定常系统状态方程式的离散化

2.6.2 线性时变系统状态方程式的离散化

2.6.3 近似离散化

2.7 利用MATLAB求解系统状态空间表达式

2.7.1 连续时间系统状态方程式的解

2.7.2 离散时间系统状态方程式的解

2.7.3 线性系统状态方程式的离散化

小结

习题

第3章 线性控制系统的能控性和能观测性

第4章 控制系统的稳定性

第5章 状态反馈和状态观测器

第6章 最优控制

第7章 线性系统的状态估计

习题参考答案

参考文献

本书对现代控制理论进行了较全面的论述。全书共分8章。主要内容为现代控制理论的产生及其发展； 按照建模→求解→分析稳定性→综合的思路，论述了线性系统的状态空间描述、状态空间表达式的建立和求解方法、线性系统的能控性和能观测性及其对偶关系、李雅普诺夫稳定性理论分析、线性反馈控制系统的极点配置及状态观测器的设计；最优控制的基本概念和极大值原理以及线性二次型最优控制；线性系统状态估计的基本概念和最小二乘估计、线性最小方差估计以及卡尔曼滤波器原理；利用MATLAB进行线性系统的理论分析、综合和应用设计。本书可作为理工科高等学校自动化专业本科生、非自动化专业研究生的教材，也可供从事相关专业的科技人员参考。

按照“理论讲透，重在应用”的原则，在不破坏理论的严谨性和系统性的前提下，不刻意追求定理证明中数学上的严密性，而是突出物理概念，理论阐述力求严谨、实用、简练。
强调现代控制理论的基本概念、基本原理和基本方法，重点突出。全书结构贯穿一条主线，即线性系统的状态空间描述（数学模型）-能控性、能观测性和稳定性（基本性质分析）-状态反馈与状态观测器设计（系统的综合与设计）-线性系统的最优控制问题-线性系统的状态估计。
在内容编排上突出现代控制理论的基础部分，力求内容的完整和严谨。最优控制和线性系统的状态估计没有深入展开讨论，目的是拓宽学生的视野，为后续课程的学习起到承上启下的作用。
突出应用性和实践性，培养学生的分析与设计能力，在每一章都安排了一节内容，利用MATLAB进行线性系统的理论分析、综合和应用设计。
为便于学生理解所学内容，各章都安排了比较典型的例题和习题，其中包括用MATLAB求解线性系统的各种分析和设计问题。在选题上力求理论结合工程实践，以调动学生的学习积极性。