现代控制理论PDF电子书下载

0.1 控制理论的发展阶段 1

第0章　绪论 1

0.2　现代控制理论与经典控制理论的比较 2

0.3　现代控制理论与经典控制理论的关系 3

第1章　线性控制系统的状态空间描述 4

1.1 状态空间模型 4

1.1.1　状态空间的基本概念 4

1.1.2　系统的状态空间表达式 5

1.2.1 根据系统的机理建立 10

1.2　动态系统状态空间表达式的建立 10

1.2.2　由系统微分方程求出状态空间表达式 13

1.2.3 由传递函数导出状态空间表达式 19

1.2.4　由方框图导出状态空间表达式 27

1.3 状态方程的标准形式 30

1.3.1　状态空间表达式的标准形式 30

1.3.2　转化为对角标准形 33

1.3.3　转化为约当标准形 36

1.4.1　单输入—单输出系统传递函数 38

1.4 由状态空间表达式求传递函数（阵） 38

1.4.2　多输入—多输出系统传递函数阵 40

1.4.3　传递函数阵的不变性 41

1.5　离散时间系统的状态空间表达式 41

1.6　离散系统的传递函数阵 43

1.7　利用MATLAB进行系统模型之间的相互转换 44

1.7.1　利用MATLAB求状态空间模型 44

1.7.2 状态空间表达式与传递函数的变换 45

1.7.3 状态空间表达式的线性变换 47

本章小结 49

习题 49

第2章　线性控制系统运动分析 53

2.1 线性定常系统状态方程的求解 53

2.1.1　齐次状态方程的求解 54

2.1.2　状态转移矩阵 56

2.1.3　非齐次状态方程的求解 69

2.2.2　线性时变连续系统齐次状态方程的解 72

2.2　线性时变系统状态方程的解 72

2.2.1　状态转移矩阵 72

2.2.3　线性时变连续系统非齐次状态方程的解 73

2.3　离散时间系统状态方程的求解 75

2.3.1　线性连续系统的时间离散化 75

2.3.2　线性离散系统状态方程的求解 78

2.3.3　线性离散系统状态响应的解析关系式 81

2.4　利用MATLAB计算矩阵指数 82

2.4.1 利用MATLAB符号工具箱计算矩阵指数 83

2.4.2　求线性系统的状态响应 83

本章小结 85

习题 85

第3章　线性系统的能控性与能观测性 88

3.1 线性定常连续系统的能控性 88

3.1.1　能控性定义 88

3.1.2　判别系统能控性的方法 89

3.1.3　能控标准形 92

3.1.4　线性定常连续系统的输出能控性 94

3.2　线性定常连续系统的能观测性 95

3.2.1　能观测性定义 95

3.2.2　判别系统能观测性的方法 96

3.2.3　能观测标准形 99

3.3　线性离散系统的能控性和能观测性 100

3.3.1　离散系统的能控性 100

3.3.2　离散系统的能观测性 101

3.3.3　连续系统离散化后的能控性与能观测性 102

3.4　对偶原理 103

3.4.1　线性系统的对偶关系 103

3.4.2　对偶原理 104

3.5　系统的结构分解 105

3.5.1　按能控性分解 105

3.5.2　按能观测性分解 107

3.5.3　按能控性和能观测性分解 109

3.6　系统的能控性和能观测性与传递函数阵的关系 111

3.7.1　定义和基本特性 112

3.7　传递函数阵的实现问题 112

3.7.2　能控标准形实现和能观测标准形实现 113

3.7.3　最小实现 116

3.8　利用MATLAB分析系统的能控性和能观测性 117

本章小结 119

习题 119

4.1 线性反馈控制系统的基本结构及其特点 122

4.1.1 状态反馈 122

第4章　线性定常系统的综合 122

4.1.2　输出反馈 123

4.1.3　闭环系统的能控性和能观性 124

4.2　极点配置 125

4.2.1　采用状态反馈 125

4.2.2　输出反馈极点配置 134

4.2.3　状态反馈下闭环系统的镇定问题 136

4.3　解耦问题 138

4.3.1　解耦的定义 138

4.3.2　串联补偿器解耦 139

4.3.3　状态反馈解耦 140

4.4 状态观测器 144

4.4.1　观测器的模型和定义 144

4.4.2　观测器的设计方法 146

4.4.3　降维观测器 149

4.4.4　带有状态观测器的状态反馈闭环系统的分析 153

4.5　MATLAB在系统综合上的应用 156

4.5.1　采用MATLAB实现极点配置 156

4.5.2 状态观测器设计 157

4.5.3　带状态观测器的闭环状态反馈系统 159

本章小结 160

习题 161

第5章　控制系统的稳定性分析 162

5.1 李雅普诺夫第二法概述 162

5.2　李雅普诺夫意义下的稳定性 163

5.2.1　平衡状态 163

5.2.2　李雅普诺夫稳定性定义 164

5.3.1　李雅普诺夫第二法中的二次型函数 167

5.3 李雅普诺夫稳定性定理 167

5.3.2　李雅普诺夫第二法 169

5.4　线性系统的李雅普诺夫稳定性分忻 176

5.4.1 线性定常连续系统的李雅普诺夫稳定性分析 176

5.4.2　线性时变系统的李雅普诺夫稳定性分析 180

5.4.3　线性定常离散系统的李雅普诺夫稳定性分析 181

5.4.4　线性时变离散系统的李雅普诺夫稳定性分析 183

5.5　MATLAB在线性系统稳定性分析中的应用 184

5.5.1　MATLAB在线性定常连续系统稳定性分析中的应用 184

5.5.2　MATLAB在线性定常离散系统稳定性分析中的应用 188

本章小结 191

习题 193

第6章　系统最优控制 194

6.1　最优控制的一般概念 194

6.1.1　最优控制的性能指标 194

6.1.2　二次型性能指标的最优控制 196

6.2　线性二次型最优控制问题 197

6.2.2　参数最佳问题的李雅普诺夫第二方法的解法 198

6.2.1 基于李雅普诺夫第二方法的控制系统最佳化 198

6.2.3　二次型最佳控制问题 201

6.3　用MATLAB解二次型最优控制问题 204

本章小结 212

习题 213

第7章　一阶倒立摆控制系统课程设计 215

7.1　课程设计要求 215

7.2　课程设计思路 216

7.3　数学建模 216

7.4　检查系统稳定性与能控性 219

7.5　确定系统的反馈矩阵k 219

7.6　利用MATLAB设计状态反馈增益矩阵K 222

7.7　Simulink仿真分析 224

本章小结 226

习题 226

参考答案 227

参考文献 236