第1章 概述 1
1.1 现代控制理论的基本概念 2
1.1.1 自动控制理论的发展 2
1.1.2 现代控制理论的基本概念 5
1.2 现代控制理论的基本内容 7
1.3 自动控制系统 10
1.3.1 控制系统的概念 11
1.3.2 开环控制系统与闭环控制系统 12
1.4 自动控制系统的类型 19
1.5 自动控制系统的标准 23
1.5.1 对控制系统的要求 23
1.5.2 典型输入信号 23
1.5.3 控制系统的性能指标 25
本章小结 26
习题 27
第2章 线性控制系统的状态空间描述 28
2.1 状态空间描述的概念 29
2.1.1 基本概念 29
2.1.2 被控过程的状态空间描述 33
2.1.3 系统状态空间描述的特点 34
2.2 系统的时域描述转化为状态空间描述 35
2.3 系统的频域描述转化为状态空间描述 38
2.4 应用MATLAB的系统状态空间描述 42
本章小结 45
习题 46
第3章 控制系统状态空间的特性 47
3.1 状态转移矩阵及状态方程的求解 48
3.1.1 状态转移矩阵 48
3.1.2 状态转移矩阵的求解 50
3.1.3 状态转移矩阵的性质 58
3.2 线性系统非齐次状态方程的求解 59
3.2.1 线性系统非齐次状态方程的求解 59
3.2.2 伴随方程 61
3.3 系统的脉冲响应 63
3.3.1 脉冲响应 63
3.3.2 脉冲响应的不变性 65
3.4 系统的能控性和能观测性 66
3.4.1 系统的能控性 66
3.4.2 系统的能观测性 73
3.4.3 能控性、能观测性与传递函数的关系 78
3.4.4 能控性和能观测性之间的对偶原理 79
3.5 能控标准形和能观测标准形 80
3.5.1 能控标准形的变换 81
3.5.2 能观测标准形的变换 85
3.6 状态反馈与状态观测器 88
3.6.1 系统的状态反馈 88
3.6.2 系统的极点配置 90
3.6.3 状态观测器 93
本章小结 94
习题 94
第4章 系统的稳定性原理 97
4.1 李亚普诺夫关于稳定性的定义 99
4.2 根据系统矩阵A分析线性定常系统的稳定性 102
4.3 李亚普诺夫第二法——直接法 103
4.3.1 标量函数的正定性、负定性和不定性 103
4.3.2 二次型函数的正定性 104
4.3.3 李亚普诺夫直接法 105
本章小结 111
习题 111
第5章 最优控制 113
5.1 最优控制的基本概念 114
5.2 最优控制的变分法 119
5.2.1 泛函与变分法 119
5.2.2 用变分法求解最优控制问题 119
5.3 极大值原理 126
5.4 具有二次型性能指标的线性调节器问题 132
5.4.1 二次型性能指标的最优控制 132
5.4.2 终点时间有限的线性调节器问题 133
5.4.3 终点状态固定的线性调节器问题 135
5.4.4 终点时间无限的线性调节器问题 136
5.5 动态规划 139
5.5.1 多步决策问题及最优性原理 139
5.5.2 线性连续系统状态空间表达式的离散化 141
5.5.3 离散系统的动态规划法 142
本章小结 148
习题 149
第6章 自适应控制系统 151
6.1 自适应控制系统的基本概念 152
6.1.1 自适应控制系统及类型 152
6.1.2 自适应控制的理论问题 154
6.1.3 自适应控制的发展和应用概况 155
6.2 模型参考自适应控制 156
6.2.1 局部参数优化型模型参考自适应控制系统 156
6.2.2 李亚普诺夫稳定性理论设计模型参考自适应系统 160
6.3 自校正自适应控制 164
6.3.1 预测模型 165
6.3.2 最小方差控制 167
6.3.3 极点配置自校正控制 169
6.4 鲁棒控制 171
6.4.1 基本概念 171
6.4.2 H∞鲁棒控制理论 172
6.4.3 H优化与鲁棒控制 173
6.4.4 H标准控制的基本问题 175
本章小结 178
习题 178
第7章 最优估计 180
7.1 概述 181
7.2 最小二乘估计 182
7.3 卡尔曼滤波 185
7.3.1 基本概念 185
7.3.2 卡尔曼滤波递推算法 186
本章小结 191
习题 191
第8章 系统辨识 193
8.1 概述 194
8.1.1 系统辨识的概念 194
8.1.2 系统辨识的发展概况 197
8.2 系统辨识的基本方法 197
8.2.1 线性定常单输入单输出离散系统数学模型 197
8.2.2 脉冲响应法 198
8.2.3 最小二乘法（LS） 199
8.3 模式识别 201
8.3.1 基本概念 201
8.3.2 模式识别（分类）代表性方法 202
本章小结 208
习题 208
第9章 智能控制 209
9.1 智能控制的基本概念 210
9.1.1 专家控制系统 211
9.1.2 模糊控制 211
9.1.3 人工神经网络控制系统 212
9.2 模糊控制系统（Fuzzy Control System） 212
9.2.1 模糊控制系统的组成 213
9.2.2 模糊控制器的工作原理 214
9.3 人工神经网络控制 214
9.3.1 人工神经网络模型 214
9.3.2 人工神经网络的基本工作原理 215
9.3.3 学习算法 216
9.4 专家系统控制 217
9.4.1 直接专家系统控制 217
9.4.2 间接专家系统控制 218
本章小结 221
习题 221
第10章 自动控制技术应用实例 222
10.1 模糊PID控制技术在焊缝跟踪中的应用 223
10.1.1 焊缝跟踪技术在工程中的应用 223
10.1.2 焊缝跟踪控制系统的结构 225
10.1.3 焊缝跟踪控制系统的步进电机驱动装置 229
10.1.4 自调整PID模糊控制器的设计 231
10.1.5 焊缝跟踪试验及结果分析 236
10.2 模式识别在铁路车辆闸瓦检测中的应用 239
10.2.1 机器视觉及铁路车辆闸瓦 240
10.2.2 闸瓦在线检测系统 241
10.2.3 闸瓦的图像识别 243
10.2.4 闸瓦图像的分割 246
10.2.5 闸瓦测量与分析 248
10.3 卡尔曼滤波在自动激光焊目标跟踪控制中的应用 251
10.3.1 激光焊接试验系统及焊缝特征参数提取 252
10.3.2 卡尔曼滤波焊缝预测跟踪建模与试验研究 254
10.3.3 色噪声卡尔曼滤波焊缝预测跟踪算法 260
10.4 系统辨识在激光焊接过程飞溅特征分析中的应用 267
10.4.1 研究背景 267
10.4.2 大功率盘形激光焊接试验设计 268
10.4.3 系统辨识在焊接过程飞溅特征分析中的应用 270
本章小结 284
参考文献 285