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绪论 1

第五篇 线性离散控制系统篇 5

第8章 线性离散控制系统 6

8.1概述 6

8.1.1离散控制系统简介 6

8.1.2离散控制系统的特点和研究方法 8

8.2信号采样与恢复 8

8.2.1信号采样 9

8.2.2采样定理 10

8.2.3信号恢复 12

8.3z变换 13

8.3.1z变换的定义 13

8.3.2z变换的方法 14

8.3.3z变换的基本定理 17

8.3.4z反变换 19

8.4离散控制系统的数学模型 22

8.4.1差分方程 22

8.4.2脉冲传递函数 24

8.4.3离散控制系统的动态结构图 27

8.5离散控制系统的性能分析 33

8.5.1稳定性 33

8.5.2动态性能 39

8.5.3稳态误差 42

8.6离散控制系统的数字校正 45

8.6.1模拟控制器的离散化 46

8.6.2根轨迹法校正 47

8.6.3频率特性法校正 50

8.6.4数字控制器直接设计法 52

小结 63

习题 64

第六篇 非线性控制系统基础篇 69

第9章 非线性控制系统 70

9.1概述 70

9.1.1非线性系统 70

9.1.2常见的非线性特性 71

9.1.3非线性控制系统的特点 73

9.2相平面法 74

9.2.1相平面法的基本概念 74

9.2.2相平面图的绘制 77

9.2.3非线性控制系统的相平面分析 83

9.3描述函数法 91

9.3.1描述函数法的基本概念 91

9.3.2非线性特性的描述函数 92

9.3.3非线性控制系统的描述函数法分析 97

9.4改善非线性控制系统性能的措施 104

9.4.1改变线性部分的参数和结构 104

9.4.2改变非线性特性 105

9.4.3非线性特性的利用 106

小结 107

习题 108

第七篇 现代控制理论基础篇 113

第10章 控制系统的状态空间描述 114

10.1控制系统及其描述 114

10.1.1控制系统 114

10.1.2控制系统的特性与分类 114

10.1.3控制系统的输入-输出描述 115

10.2控制系统的状态空间模型 117

10.2.1基本概念 117

10.2.2线性系统的状态空间描述 121

10.2.3状态空间描述的模拟结构图 123

10.3系统状态空间表达式的建立 124

10.3.1由系统的模拟结构图建立状态空间表达式 124

10.3.2由系统的物理机理直接建立状态空间表达式 125

10.3.3由系统的微分方程或传递函数建立状态空间描述 128

10.4状态空间描述的线性变换 131

10.4.1线性变换 131

10.4.2系统的特征值和特征向量 133

10.4.3化状态空间表达式为对角线标准型 134

10.4.4化状态空间表达式为约当标准型 136

10.5由状态空间描述求传递函数阵 139

10.5.1系统的传递函数矩阵 139

10.5.2系统的输入-输出描述与状态空间描述方法比较 142

10.6组合系统的状态空间描述和传递函数阵 142

10.6.1并联组合系统 143

10.6.2串联组合系统 143

10.6.3输出反馈系统 144

10.7离散系统的状态空间描述 144

10.8系统模型的计算机表示及转换 145

10.8.1模型的建立与转换 146

10.8.2建立组合系统的状态空间描述 148

小结 150

习题 150

第11章 线性控制系统的动态分析 153

11.1线性时变系统状态方程的求解 153

11.1.1线性时变系统状态方程解的存在性与唯一性 153

11.1.2线性齐次微分方程组的解空间 153

11.1.3系统的状态转移矩阵 153

11.1.4系统状态转移矩阵的性质 154

11.1.5系统的自由运动 155

11.1.6线性时变系统的一般运动 155

11.1.7线性时变系统状态转移矩阵Φ （t，t0）的计算 157

11.2线性时不变系统状态方程的求解 158

11.2.1状态转移矩阵 158

11.2.2状态转移矩阵的性质 160

11.2.3状态转移矩阵Φ（t）的计算 160

11.2.4线性时不变系统的运动 166

11.3线性连续系统状态空间表达式的离散化 168

11.3.1线性时变系统的离散化 168

11.3.2线性时不变系统的离散化 169

11.3.3近似离散化 171

11.4离散系统状态方程的解 172

11.4.1递推法 172

11.4.2z变换法 175

小结 177

习题 177

第12章 线性时不变系统的能控性和能观性 180

12.1系统的能控性及其判别 180

12.1.1能控性定义 181

12.1.2能控性判据 182

12.2系统的能观性及其判别 185

12.2.1能观性定义 185

12.2.2能观性判据 186

12.3能控性与能观性的对偶关系 187

12.3.1对偶系统 187

12.3.2对偶原理 187

12.4约当型方程的能控性、能观性 187

12.4.1线性变换不改变系统的能控性、能观性判据 188

12.4.2约当型方程的能控性、能观性判据 188

12.5线性离散系统的能控性与能观性 190

12.5.1能控性 191

12.5.2能观性 192

12.6线性时不变系统结构分解 193

12.6.1系统状态空间结构及子空间的性质 194

12.6.2系统的结构分解 196

12.7线性时不变系统的标准型与最小实现 201

12.7.1化系统状态空间描述为能控规范型 201

12.7.2线性时不变系统的最小实现 207

小结 208

习题 209

第13章 系统的运动稳定性 213

13.1 BIBO稳定性 213

13.1.1 BIBO稳定的概念 213

13.1.2判据 214

13.2李雅普诺夫稳定性定义 215

13.2.1系统的平衡状态 215

13.2.2李雅普诺夫稳定性的几个定义 216

13.3李雅普诺夫第一法 217

13.3.1线性系统的稳定判据 218

13.3.2非线性系统的稳定性 218

13.3.3系统内部稳定和外部稳定的关系 219

13.4李雅普诺夫第二法 221

13.4.1预备知识 222

13.4.2李雅普诺夫第二法的判稳定理 223

13.5线性系统稳定性分析 229

13.5.1线性时不变连续系统渐近稳定的判别 229

13.5.2线性时不变离散系统渐近稳定的判别 234

13.5.3线性时变连续系统渐近稳定的判别 235

13.6李雅普诺夫方法在非线性系统中的应用 236

13.6.1克拉索夫斯基法 236

13.6.2变量梯度法 238

小结 241

习题 242

第14章 线性时不变系统的综合 244

14.1反馈控制系统的基本结构 244

14.1.1状态反馈 246

14.1.2输出反馈 246

14.1.3反馈控制系统的能控能观性 247

14.2状态反馈系统的极点配置 249

14.2.1极点配置定理 249

14.2.2系统极点配置 252

14.2.3状态反馈的应用——状态反馈下闭环系统的镇定问题 263

14.3状态重构与状态观测器的设计 264

14.3.1状态估计 264

14.3.2全维观测器设计 264

14.3.3降维观测器 267

14.4带观测器的状态反馈系统的综合 270

14.4.1系统的描述 270

14.4.2闭环系统的基本特性 271

小结 273

习题 273

参考文献 276