现代控制理论PDF电子书下载

1.1　控制理论发展概述 1

1.1.1　经典控制理论 1

1　现代控制理论概况 1

1.1.2　现代控制理论 3

1.2　现代控制理论的主要内容 4

1.2.1　线性系统理论 4

1.2.2　最优控制理论 4

1.2.3　随机系统理论和最优估计 5

1.2.4　系统辨识 5

1.2.5 自适应控制 5

1.2.6　非线性系统理论 6

1.2.7　鲁棒性分析与鲁棒控制 6

1.2.9　离散事件控制 7

1.2.8　分布参数控制 7

1.2.10　智能控制 8

1.3　Matlab软件概述 9

1.3.1　Matlab的发展历史 9

1.3.2　Matlab的主要功能与特点 9

1.3.3　控制系统Matlab计算及仿真 13

1.4　本书的主要内容 14

本章小结 15

2　控制系统的状态空间模型 17

2.1　状态和状态空间模型 18

2.1.1　状态空间的基本概念 18

2.1.2　系统的状态空间模型 20

2.1.3　线性系统状态空间模型的模拟结构图 23

2.2　根据系统机理建立状态空间模型 24

2.3　根据系统的输入输出关系建立状态空间模型 28

2.3.1 由高阶常微分方程建立状态空间模型 28

2.3.2 由传递函数建立状态空间模型 32

2.3.3　MIMO线性系统 37

2.3.4　非线性系统 38

2.4　线性变换和约旦规范形 40

2.4.1　状态空间的线性变换 40

2.4.2　系统特征值的不变性与系统的不变量 42

2.4.3　对角线规范形的转换 46

2.4.4　约旦规范形的转换 49

2.5.2　由状态空间模型求传递函数阵 54

2.5.1　传递函数阵的定义 54

2.5　传递函数阵 54

2.5.3　组合系统的状态空间模型和传递函数阵 56

2.6　线性离散系统的状态空间描述 60

2.6.1　工程控制系统的计算机实现 60

2.6.2　线性离散系统的状态空间描述 62

2.6.3　离散系统的机理建模 63

2.6.4 由离散系统的输入／输出关系建立状态空间模型 64

2.6.5 由离散系统的状态空间模型求传递函数阵 65

2.7　Matlab问题 66

2.7.1　控制系统模型种类与转换 66

2.7.2　状态及状态空间模型变换 74

2.7.3　组合系统的模型计算 76

本章小结 78

习题 79

3　线性系统的时域分析 83

3.1　线性定常连续系统状态方程的解 83

3.1.1　齐次状态方程的解 84

3.1.2　线性定常连续系统的状态转移矩阵 86

3.1.3　非齐次状态方程的解 89

3.1.4　系统的脉冲响应 91

3.2　状态转移矩阵计算 91

3.2.1　级数求和法 92

3.2.2　约旦规范形法 92

3.2.3　塞尔维斯特内插法 94

3.3　线性时变连续系统状态方程的解 99

3.3.1　线性时变连续系统齐次状态方程的解 99

3.3.2　线性时变连续系统的状态转移矩阵 100

3.3.3　非齐次状态方程的解 103

3.4　线性连续系统状态空间模型的离散化 105

3.4.1　线性定常连续系统的离散化 106

3.4.2　线性时变连续系统的离散化 108

3.5　线性定常离散系统状态方程的解 109

3.5.1　线性定常离散系统状态方程的求解 109

3.5.2　线性时变离散系统状态方程的求解 113

3.6　Matlab问题 114

3.6.1　矩阵指数函数的计算 115

3.6.2　线性定常连续系统的状态空间模型求解 117

3.6.3　连续系统的离散化 124

3.6.4　线性定常离散系统的状态空间模型求解 125

3.6.5　线性定常系统的运动分析的符号计算和仿真平台 126

本章小结 128

习题 129

4　线性系统的能控性和能观性 131

4.1　线性连续系统的能控性 132

4.1.1　能控性的直观讨论 132

4.1.2　状态能控性的定义 133

4.1.3　线性定常连续系统的状态能控性判别 134

4.1.4　线性定常连续系统的输出能控性 140

4.1.5　线性时变连续系统的状态能控性 141

4.2　线性连续系统的能观性 144

4.2.1　能观性的直观讨论 144

4.2.2　状态能观性的定义 145

4.2.3　线性定常连续系统的状态能观性判别 146

4.2.4　线性时变连续系统的状态能观性 151

4.3　线性定常离散系统的能控性和能观性 153

4.3.1　线性定常离散系统的状念能控性与能达性 153

4.3.2　线性定常离散系统的状态能观性 156

4.3.3　离散化线性定常系统的状态能控性和能观性 158

4.4　对偶性原理 160

4.5　线性系统的结构分解和零极点相消 162

4.5.1　能控性分解 162

4.5.2　能观性分解 166

4.5.3　能控能观分解 168

4.5.4　系统传递函数中的零极点相消定理 171

4.6　能控规范形和能观规范形 173

4.6.1　能控规范形 173

4.6.2　能观规范形 176

4.6.3　MIMO系统的能控能观规范形 178

4.7　实现问题 182

4.7.1　基本概念 183

4.7.2　能控规范形实现和能观规范形实现 183

4.7.3　最小实现 187

4.8　Matlab问题 189

4.8.1　状态能控性与能观性判定 189

4.8.2　线性系统的能控能观分解 193

4.8.3　能控规范形和能观规范形 196

4.8.4　系统实现 198

本章小结 202

习题 202

5　李雅普诺夫稳定性分析 205

5.1　李雅普诺夫稳定性的定义 206

5.1.1　平衡态 206

5.1.2　李雅普诺夫意义下的稳定性 207

5.1.3　渐近稳定性 208

5.1.4　大范围渐近稳定性 209

5.1.5　不稳定性 209

5.1.6　平衡态稳定性与输入／输出稳定性的关系 209

5.2　李雅普诺夫稳定性的基本定理 210

5.2.1　李雅普诺夫第一法 210

5.2.2　李雅普诺夫第二法 211

5.3　线性系统的稳定性分析 219

5.3.1　线性定常连续系统的稳定性分析 219

5.3.2　线性时变连续系统的稳定性分析 222

5.3.3　线性离散系统的稳定性分析 223

5.4　非线性系统的李雅普诺夫稳定性分析 226

5.4.1　克拉索夫斯基法 226

5.4.2 变量梯度法 227

5.4.3　阿依捷尔曼法 230

5.5　Matlab问题 232

5.5.1　对称矩阵的定号性（正定性）的判定 232

5.5.2　线性定常连续系统的李雅普诺夫稳定性 235

5.5.3　线性定常离散系统的李雅普诺夫稳定性 236

5.5.4　线性定常系统的状态空间模型的结构性分析仿真平台 237

本章小结 239

习题 240

6　线性系统综合 243

6.1 状态反馈与输出反馈 245

6.1.1　状态反馈的描述式 245

6.1.2　输出反馈的描述式 246

6.1.3 闭环系统的状态能控性和能观性 246

6.2　反馈控制与极点配置 248

6.2.1　状态反馈极点配置定理 249

6.2.2　SISO系统状态反馈极点配置方法 251

6.2.3　MIMO系统状态反馈极点配置方法 252

6.2.4　输出反馈极点配置 258

6.3　系统镇定 260

6.3.1　状态反馈镇定 260

6.3.2　输出反馈镇定 263

6.4 系统解耦 264

6.4.1　补偿器解耦 265

6.4.2　状态反馈解耦 266

6.5　状态观测器 269

6.5.1 全维状态观测器及其设计方法 270

6.5.2　降维状态观测器 274

6.6　带状态观测器的闭环控制系统 278

6.7　Matlab问题 280

6.7.1 反馈控制系统的模型计算 280

6.7.2　状态反馈极点配置 282

6.7.3　系统镇定 285

6.7.4 系统解耦 286

6.7.5　状态观测器 286

6.7.6　线性定常系统的系统综合仿真平台 289

本章小结 292

习题 293

7　最优控制原理 295

7.1　最优控制概述 295

7.1.1　最优控制问题的提出 295

7.1.2　最优控制问题的描述 297

7.1.3　最优控制发展简史 299

7.2　变分法 300

7.2.1　多元函数的极值问题 300

7.2.2　泛函 303

7.2.3 欧拉方程 306

7.2.4　横截条件 309

7.2.5　欧拉方程和横截条件的向量形式 311

7.3.1　具有等式约束条件下的变分问题 312

7.3　变分法在最优控制中的应用 312

7.3.2　末态时刻tf固定、末态x（tf）无约束的最优控制问题 314

7.3.3　末态时刻tf和末态x（tf）固定的问题 317

7.3.4　末态时刻tf固定、末态x（tf）受约束的问题 318

7.3.5　末态时刻tf未定的问题 320

7.4　极大值原理 322

7.4.1 自由末端的极大值原理 323

7.4.2　极大值原理的证明 324

7.4.3　极大值原理的几种具体形式 331

7.4.4　约束条件的处理 334

7.5　线性二次型最优控制 337

7.5.1　时变状态调节器 340

7.5.2　定常状态调节器 346

7.6　动态规划与离散系统最优控制 348

7.6.1　最优性原理与离散系统的动态规划法 349

7.6.2　线性离散系统的二次型最优控制 357

7.7　Matlab问题 362

7.7.1　线性定常连续系统的二次型最优控制 362

7.7.2　线性定常离散系统的二次型最优控制 364

本章小结 365

习题 365

附录 369

附录A　矩阵分析知识补充 369

附录B　名词与人名中外文索引表 377

附录C　符号表 381

参考文献 383