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第0章 绪论 1

0.1 系统与自动控制 1

0.2 控制理论的发展历程 2

0.3 本书的内容安排 5

第1章 控制系统的状态空间描述 6

1.1 系统描述中的基本概念 6

1.2 状态空间描述的基本概念 8

1.3 线性定常系统的传递函数矩阵 13

1.4 状态空间表达式的建立 17

1.4.1 由高阶微分方程建立状态空间表达式 17

1.4.2 由传递函数建立状态空间表达式 22

1.4.3 机理建模 33

1.5 组合系统的状态空间描述 35

1.6 状态向量的可逆变换 42

本章小结 49

习题1 49

第2章 线性控制系统的状态响应 52

2.1 状态响应概述 52

2.2 定常自治系统的状态响应 54

2.3 矩阵指数的计算 56

2.4 时变自治系统的状态响应 64

2.5 线性自治系统的状态转移矩阵 65

2.6 线性控制系统的状态响应 67

本章小结 70

习题2 70

第3章 线性控制系统的能控性和能观测性 73

3.1 能控性和能观测性概述 73

3.2 能控性的一般概念 74

3.3 时变控制系统的能控性 76

3.4 定常控制系统的能控性 79

3.5 能观测性的一般概念 89

3.6 时变控制系统的能观测性和对偶原理 90

3.7 定常控制系统的能观测性 93

3.8 能观测性的时间顺序 97

3.9 能控标准型和能观测标准型 98

3.10 传递函数矩阵与能控能观测 104

3.11 线性定常控制系统的结构分解 108

本章小结 113

习题3 113

第4章 系统运动的稳定性 117

4.1 外部稳定性和内部稳定性 117

4.2 Lyapunov稳定性理论的基本概念 118

4.3 Lyapunov第二方法：直接方法 125

4.3.1 定常非线性系统的稳定性 125

4.3.2 时变非线性系统的稳定性 128

4.3.3 解读第二方法 130

4.3.4 Krasovskii定理 132

4.4 线性系统的稳定性 134

4.5 Lyapunov第一方法：间接方法 137

4.6 Lyapunov方程的扩展应用：衰减上界和吸引区的估计 139

4.6.1 渐近稳定系统衰减率的估计 139

4.6.2 吸引区的估计 142

4.7 稳定性概念的扩展：指数稳定和有界性 146

本章小结 149

习题4 149

第5章 线性系统的反馈控制 151

5.1 状态反馈和输出反馈 151

5.2 极点配置 156

5.3 状态反馈解耦 165

5.3.1 解耦的基本概念和要求 166

5.3.2 可解耦条件和控制律设计 167

5.3.3 结合极点配置的解耦控制 168

5.4 线性二次型最优控制 170

5.5 状态观测器 172

5.5.1 状态观测器的一般概念 173

5.5.2 开环状态观测器 173

5.5.3 闭环状态观测器 174

5.5.4 降维闭环状态观测器 176

5.6 基于观测器的状态反馈系统 179

5.6.1 闭环系统和分离原理 179

5.6.2 闭环系统的传递函数矩阵 181

5.6.3 基于观测器的反馈与动态输出反馈 181

5.7 系统镇定 182

5.8 针对系统外部扰动的控制律设计 185

5.8.1 调节器问题 186

5.8.2 外部信号状态可测量的控制律设计 190

5.8.3 外扰状态观测器 193

5.9 鲁棒调节器 194

5.9.1 常值扰动的鲁棒调节器 195

5.9.2 鲁棒调节器的频域性质 198

5.9.3 一般鲁棒调节器的构造 200

本章小结 204

习题5 204

第6章 离散系统的分析与设计 208

6.1 离散系统的状态空间描述 208

6.2 离散线性系统的状态响应 210

6.3 离散系统的能控性和能观测性 212

6.4 离散系统的Lyapunov稳定性 215

6.5 离散线性系统的设计 217

本章小结 219

习题6 220

参考文献 222