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第一章 绪言 1

1.1控制理论的发展 1

1.2控制工程的分类 2

1.2.1根据目的分类 2

1.2.2根据机能分类 2

1.2.3根据现象分类 3

1.3状态空间法的导入 3

1.3.1相互干涉的多输入-多输出系统 3

1.3.2非线性、时变系统 5

1.3.3最优控制问题 6

第二章 基本的数学准备 7

2.1拉普拉斯变换 7

2.1.1拉氏变换的基本定义及性质 7

2.1.2传递函数 8

2.2行列式、向量、矩阵及有关性质 9

2.2.1行列式 9

2.2.2向量 10

2.2.3向量的线性组合及基（向量） 12

2.2.4矩阵及有关运算和性质 14

2.2.5特征向量与特征值 20

2.2.6标准伴随阵 21

2.2.7 Cayley-Hamilton定理 22

2.2.8关于矩阵的对称性和正定性 23

2.2.9关于时间函数的矩阵和向量的有关运算 24

第三章 状态空间描述法 27

3.1数学模型 27

3.2状态空间描述 28

3.3组合系统的数学描述 33

3.4状态方程的解法 34

3.4.1状态方程的直接求解法 35

3.4.2状态方程的拉氏变换求解法 38

3.5离散时间状态方程 40

3.5.1离散时间状态方程描述 40

3.5.2连续时间系统的离散化 41

3.5.3离散时间状态方程的求解 43

3.6非线性模型的线性化 44

3.7等价变换 46

3.7.1等价变换 46

3.7.2离散时间系统的等价变换 48

3.7.3系统特征值的不变性 48

3.7.4系统传递函数矩阵的不变性 49

3.8实际系统状态空间模型的建立 49

3.8.1离散时间状态空间模型的辨识算法 49

3.8.2精馏塔状态空间模型的建立 51

3.8.3工业电加热炉时滞状态空间模型的建立 53

第四章 能控性与能观性 58

4.1能控性 58

4.1.1能控性的基本概念 58

4.1.2能控性判定准则 60

4.1.3离散时间系统的能控性 61

4.1.4能控性指数 62

4.2能观性 64

4.2.1能观性的基本概念 64

4.2.2能观性判定准则 65

4.2.3离散时间系统的能观性 67

4.3对偶原理 68

4.4规范分解 70

4.5实现 76

第五章 稳定性理论 79

5.1稳定性的定义 79

5.1.1稳定性的基本概念 79

5.1.2平衡状态 80

5.1.3 Lyapunov意义下的稳定性 80

5.1.4输入输出稳定性 81

5.2劳斯稳定性判据 84

5.3 Lyapunov稳定性定理 87

5.4离散时间系统的稳定性 90

第六章 状态反馈控制 93

6.1状态反馈控制的基本概念及极点配置 93

6.2线性系统的规范形 95

6.2.1 SISO系统的规范形 95

6.2.2 MIMO系统的规范形 101

6.3 SISO系统的状态反馈控制 103

6.3.1 SISO系统的极点配置 103

6.3.2闭环系统极点的选取 107

6.3.3状态反馈对传递函数的影响 112

6.3.4渐近跟踪控制 113

6.4 MIMO系统的状态反馈控制 114

6.4.1状态反馈控制的设计方法之一 115

6.4.2状态反馈控制的设计方法之二 118

6.4.3状态反馈控制的设计方法之三 120

6.4.4反馈增益矩阵的非唯一性 121

6.4.5 MIMO系统状态反馈对系统零点的影响 122

6.5积分型状态反馈控制 123

6.6输出反馈控制 125

6.7解耦控制 126

第七章 线性二次型最优调节器 129

7.1最优性的意义 129

7.2动态系统的最优性条件 131

7.3无限时间状态调节器问题 132

7.4无限时间输出调节器问题 136

7.5关于最优调节器的鲁棒性 138

7.5.1最优调节器的增益裕度 138

7.5.2具有α衰减度的最优调节器 139

7.5.3 LQR控制的鲁棒性 139

7.6代数黎卡提方程的求解 141

7.7最优数字调节器 143

7.7.1线性数字调节器——有限时间问题 143

7.7.2线性数字调节器——无限时间问题 144

7.8精馏塔的最优状态反馈控制 145

第八章 状态观测器 151

8.1观测器的基本思路 151

8.2全维状态观测器 152

8.3降维状态观测器 155

8.4带观测器的反馈控制系统 160

8.4.1分离定理 160

8.4.2不变零点 163

8.4.3动态补偿器 164

8.5状态观测器的应用示例［10］ 165

8.5.1钢锭-均热炉的仿真模型及其简化模型 165

8.5.2降维观测器的设计 167

8.5.3计算机仿真结果 169

第九章 时滞系统控制及应用 174

9.1时滞系统及Smith补偿器 174

9.2线性连续时滞系统控制 175

9.3线性离散时滞系统控制 176

9.4时滞控制算法在工业电加热炉中的应用 177

参考文献 182