现代控制理论习题集PDF电子书下载

第0章 绪论 1

0.1控制理论的产生及发展 1

0.2现代控制理论的基本内容 2

0.3本书的内容和特点 3

第1章 控制系统的状态空间描述 5

1.1状态及状态空间表达式 5

1.1.1控制系统中状态的基本概念 5

1.1.2状态空间表达式及一般形式 5

1.1.3状态空间表达式的状态变量图与信号流图 6

1.2根据系统的物理机理建立状态空间表达式 7

1.3由系统的微分方程式建立状态空间表达式 7

1.3.1微分方程式中不含输入函数导数项 7

1.3.2微分方程式中含输入函数导数项 7

1.4由系统结构图建立状态空间表达式 8

1.5由系统的传递函数建立状态空间表达式 8

1.5.1标准型法 8

1.5.2串联法 9

1.5.3并联法 9

1.6系统的状态空间表达式与传递函数阵 11

1.6.1由系统的状态空间表达式求传递函数阵 11

1.6.2由组合系统的状态空间表达式求传递函数阵 11

1.7系统状态向量的线性变换 12

1.7.1线性变换 12

1.7.2化状态方程式为对角线标准型 13

1.7.3化状态方程式为约当标准型 14

1.8离散时间系统的状态空间表达式 16

1.8.1状态空间表达式描述 16

1.8.2差分方程式化为状态空间表达式 16

1.8.3脉冲传递函数化为状态空间表达式 18

1.8.4由状态空间表达式求脉冲传递函数阵 19

1.9基于MATLAB的控制系统状态空间描述 19

1.9.1利用MATLAB描述系统模型 19

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 19

1.9.3利用MATLAB实现系统的线性变换 20

1.9.4利用MATLAB实现系统模型的连接 20

习题解答 21

例题解答 39

典型题解 57

思考题 59

第2章 线性控制系统状态空间表达式的求解 60

2.1线性定常连续系统齐次状态方程的解 60

2.2线性定常连续系统的状态转移矩阵 61

2.2.1状态转移矩阵及其性质 61

2.2.2矩阵指数函数的计算 63

2.3线性定常连续系统非齐次状态方程的求解 65

2.4线性时变连续系统状态方程式的求解 65

2.4.1齐次状态方程式的解 65

2.4.2线性时变系统状态转移矩阵 66

2.4.3线性时变系统非齐次状态方程式的解 66

2.5线性离散时间系统状态方程的求解 66

2.5.1迭代法 66

2.5.2 z变换法 67

2.5.3离散系统状态转移矩阵的求解 68

2.6线性连续时间系统的离散化 69

2.6.1线性定常系统状态方程式的离散化 69

2.6.2线性时变系统状态方程式的离散化 69

2.6.3近似离散化 69

2.7利用MATLAB求解系统状态空间表达式 70

习题解答 70

例题解答 82

典型题解 96

思考题 101

第3章 线性控制系统的能控性和能观测性 102

3.1系统的能控性 102

3.1.1线性时变连续系统的能控性 102

3.1.2线性定常连续系统的能控性 103

3.1.3线性离散时间系统的能控性 104

3.2系统的能观测性 105

3.2.1线性时变连续系统的能观测性 105

3.2.2线性定常连续系统的能观测性 105

3.2.3线性离散时间系统的能观测性 106

3.3能控性和能观测性的对偶关系 106

3.3.1线性系统的对偶原理 107

3.3.2线性系统的对偶关系 107

3.4单输入单输出系统的能控标准型和能观测标准型 107

3.4.1能控标准型 107

3.4.2能观测标准型 108

3.5系统的结构分解 109

3.5.1系统按能控性分解 109

3.5.2系统按能观测性分解 110

3.5.3系统按能控性和能观测性分解 111

3.6系统的实现 114

3.6.1实现问题的基本概念 114

3.6.2单输入单输出系统的标准型实现 114

3.6.3多变量系统的标准型实现 115

3.6.4最小实现 115

3.6.5系统的约当标准型实现 116

3.7传递函数阵与能控性和能观测性之间的关系 116

3.7.1单输入单输出系统 116

3.7.2多变量系统 117

3.8利用MATLAB分析系统的能控性和能观测性 117

习题解答 117

例题解答 129

典型题解 152

思考题 154

第4章 控制系统的稳定性分析 155

4.1系统稳定的基本概念 155

4.1.1外部稳定性和内部稳定性 155

4.1.2李雅普诺夫稳定性 157

4.2李雅普诺夫稳定性理论 158

4.2.1李雅普诺夫第一法 158

4.2.2李雅普诺夫第二法 160

4.3线性系统的李雅普诺夫稳定性分析 163

4.3.1李雅普诺夫第二法在线性连续系统中的应用 163

4.3.2李雅普诺夫第二法在线性离散系统中的应用 164

4.4非线性系统的李雅普诺夫稳定性分析 166

4.4.1克拉索夫斯基法 166

4.4.2变量-梯度法 166

4.4.3阿捷尔曼法 167

4.5利用MATLAB分析系统的稳定性 168

4.5.1利用特征值判断系统的稳定性 168

4.5.2利用李雅普诺夫第二法判断系统的稳定性 168

习题解答 169

例题解答 178

典型题解 191

思考题 193

第5章 状态反馈和状态观测器 194

5.1线性反馈控制系统的基本结构 194

5.1.1状态反馈 194

5.1.2输出反馈 195

5.1.3从输出到状态向量导数?反馈 195

5.1.4闭环系统的能控性和能观测性 196

5.2系统的极点配置 196

5.2.1采用状态反馈实现极点配置 196

5.2.2采用从输出到输入端反馈实现极点配置 197

5.2.3采用从输出到状态向量导数?反馈实现极点配置 197

5.2.4多输入多输出系统的极点配置 197

5.2.5镇定问题 199

5.3解耦控制 199

5.3.1串联解耦 199

5.3.2反馈解耦 200

5.4状态观测器的设计 200

5.4.1状态重构问题 200

5.4.2全维观测器的设计 201

5.4.3降维观测器的设计 202

5.5带状态观测器的闭环控制系统 202

5.5.1闭环控制系统的结构和状态空间表达式 202

5.5.2带状态观测器的闭环系统的基本特征 203

5.6利用MATLAB实现系统的状态反馈和状态观测器 204

5.6.1系统的极点配置 204

5.6.2状态观测器的设计 204

5.6.3带状态观测器的系统极点配置 204

习题解答 205

例题解答 222

典型题解 238

思考题 245

第6章 最优控制 246

6.1最优控制的基本概念 246

6.1.1最优控制问题 246

6.1.2最优控制的提法 247

6.2最优控制中的变分法 247

6.2.1变分法 247

6.2.2应用变分法求解最优控制问题 249

6.3极大值原理 250

6.3.1连续系统的极大值原理 250

6.3.2离散系统的极大值原理 251

6.4线性二次型最优控制问题 252

6.4.1线性二次型问题 252

6.4.2状态调节器 253

6.4.3输出调节器 254

6.4.4输出跟踪器 255

6.5利用MATLAB求解线性二次型最优控制问题 257

习题解答 257

例题解答 267

典型题解 283

思考题 289

第7章 线性系统的状态估计 290

7.1概述 290

7.1.1估计问题 290

7.1.2估计的准则 290

7.1.3状态估计与系统辨识 290

7.2最小二乘估计 291

7.3线性最小方差估计 292

7.4卡尔曼滤波器 292

习题解答 294

例题解答 297

参考文献 303