现代控制理论

第1章 控制系统的状态空间描述

1.1 控制系统中状态的基本概念

1.1.1 系统的状态和状态变量

1.1.2 状态向量

1.1.3 状态空间

1.2 控制系统的状态空间表达式

1.2.1 状态空间表达式的一般形式

1.2.2 状态空间表达式的系统结构图

1.2.3 状态空间表达式的模拟结构图

1.3 由系统机理建立状态空间表达式

1.4 由系统的微分方程建立状态空间表达式

1.4.1 微分方程中不含输入函数导数项

1.4.2 微分方程中包含输入函数导数项

1.5 由系统的传递函数建立状态空间表达式

1.5.1 直接分解法

1.5.2 部分分式法

1.6 由状态变量图建立状态空间表达式

1.6.1 由系统结构图建立状态空间表达式

1.6.2 由传递函数绘制状态变量图

1.6.3 由状态变量图列写状态空间表达式

1.7 由状态空间表达式确定传递函数阵

1.8 状态空间表达式的线性变换及规范形

1.8.1 状态空间线性变换特性

1.8.2 将状态方程化为对角线规范形

1.8.3 将状态方程化为约当规范形

1.9 组合系统的状态空间描述和传递函数矩阵

1.9.1 子系统的并联连接

1.9.2 子系统的串联连接

1.9.3 子系统的反馈连接

1.10 离散时间系统的状态空间表达式.

1.10.1 由差分方程建立状态空间表达式

l.10.2 由脉冲传递函数建立状态空间表达式

1.10.3 由离散时间系统状态空间表达式确定脉冲传递函数矩阵

1.11 利用MATLAB分析状态空间模型

1.11.1 模型之间的转化

1.11.2 状态空间模型之间的线性变换

1.11.3 组合系统模型计算

1.12 习题

第2章 线性控制系统的运动分析

2.1 线性控制系统运动分析的数学实质

2.1.1 运动分析的数学实质

2.1.2 状态方程解的存在性和唯一性条件

2.1.3 零输入响应和零状态响应及全响应

2.2 线性定常系统的运动分析

2.2.1 线性定常系统的零输入响应

2.2.2 矩阵指数函数eA1的性质

2.2.3 几种典型的矩阵指数函数

2.2.4 矩阵指数函数eA1的计算方法

2.2.5 线性定常系统的零状态响应

2.2.6 线性定常系统的全响应及输出响应

2.3 线性时变系统的运动分析

2.3.1 线性时变系统的零输入响应

2.3.2 线性时变系统的零状态响应

2.3.3 线性时变系统的全响应及输出响应

2.4 状态转移矩阵

2.4.1 线性时变系统的状态转移矩阵

2.4.2 线性时变系统的状态转移矩阵性质

2.4.3 线性定常系统的状态转移矩阵

2.4.4 线性定常系统的状态转移矩阵性质

2.4.5 基于状态转移矩阵表示的线性定常系统的运动规律

2.5 线性连续时间系统的时间离散化

2.5.1 数字控制系统的基本形式

2.5.2 离散化的假设条件

2.5.3 线性连续时变系统的离散化

2.5.4 线性连续定常系统的离散化

2.6 线性离散时间系统的运动分析

2.6.1 迭代法求解线性离散时间系统的状态方程

2.6.2 线性离散时间系统的状态转移矩阵

2.6.3 线性离散时变系统的状态运动规律

2.6.4 线性离散定常系统的状态运动规律

2.7 利用MATLAB求解系统的状态响应

2.7.1 利用MATLAB求解线性定常系统的响应

2.7.2 利用MATLAB求解线性离散时间系统的响应

2.8 习题

第3章 线性控制系统的能控性和能观性

3.1 能控性和能观性的定义

3.1.1 能控性和能观性的直观讨论

3.1.2 能控性定义

3.1.3 能观性定义

3.2 线性连续时间系统的能控性判据

3.2.1 线性定常系统的能控性判据

3.2.2 能控性指数

3.2.3 线性时变系统的能控性判据

3.3 线性连续时间系统的能观性判据

3.3.1 线性定常系统的能观性判据

3.3.2 能观性指数

3.3.3 线性时变系统的能观性判据

3.4 对偶系统与对偶原理

3.4.1 对偶系统

3.4.2 对偶原理

3.5 线性离散时间系统的能控性和能观性

3.5.1 线性离散时间系统的能控性和能达性

3.5.2 线性离散时间系统的能控性判据

3.5.3 线性离散时间系统的能观性及其判据

3.6 线性定常系统能控规范形和能观规范形

……

第4章 控制系统的稳定性分析

第5章 状态反馈

第6章 状态观测器

参考文献

《高等学校教材：现代控制理论》阐述了线性系统状态空间的基本性质，对线性系统进行了定量和定性的分析，给出了连续时间系统和离散时间系统状态运动的一般表达式；对于系统的能控性和能观性分别从物理意义和数学定义两方面作了详细的阐述，并给出了相应的判断准则；对给定的系统介绍了如何变换为能控规范形与能观规范形，并讨论了系统的结构分解以及状态实现问题；介绍了判别系统稳定性的方法、极点配置方法和观测器的设计方法。　　《高等学校教材：现代控制理论》在内容安排上遵循教学的内在规律、循序渐进、启发思维，采用模块化结构，既保证现代控制理论体系的完整性和系统性，又有利于教师组织教学。本书配有典型的例题与大量的习题以及MATLAB在现代控制理论中应用的方法，使学生通过自学和练习能很好地掌握现代控制理论的基本概念与基本分析方法。　　本书既可作为自动化及其他电类专业学生的教材，也可供从事自动化及其相关专业的工程技术人员自学参考。【作者简介】史·蒂芬·霍金（Stephen Hawking）出生于伽俐略逝世周年纪念日，现任剑桥大学牛顿、狄拉克等人曾担任过的卢卡斯数学教授，是当今世界上继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家之一。　　罗杰·彭罗斯（Rogers Penrose）英国数学物理学家，从1973年起担任牛津大学的罗斯·玻勒数学教授，是全世界公认的最博学和最有创见的科学家、思想家、哲学家。