0.1 自动控制理论的发展与现状 1
绪论 1
0.2 现代控制理论的研究范围 3
0.3 经典控制理论与现代控制理论的联系与比较 5
0.4 MATLAB控制系统工具箱简介 5
0.5 本书综述 6
1.2 动态系统的状态空间模型 8
1.2.1 状态空间的基本概念 8
1.1 引言 8
第1章 动态系统的状态空间描述 8
1.2.2 动态系统状态空间表达式的一般形式 15
1.2.3 状态空间模型的图示 18
1.2.4 由系统机理建立状态空间模型示例 20
1.3 动态系统数学模型变换 25
1.3.1 状态向量的线性变换与状态空间表达式标准型 25
1.3.2 系统的高阶微分方程描述化为状态空间描述 32
1.3.3 系统的传递函数描述化为状态空间描述 39
1.3.4 系统的传递函数阵 48
1.4 离散系统的状态空间描述 55
1.4.1 离散系统的状态空间表达式 55
1.4.2 差分方程化为状态空间表达式 56
1.4.3 由脉冲传递函数化为状态空间表达式 58
1.4.4 由离散系统状态空间表达式求脉冲传递函数矩阵 61
1.5 MATLAB在系统数学模型变换中的应用 61
1.5.1 系统的模型 61
1.5.2 系统模型的转换 63
1.5.3 系统的线性非奇异变换与标准型状态空间表达式 66
小结 68
思考题与习题 69
上机实验题 72
2.2 线性定常齐次状态方程的解 74
第2章 线性系统动态分析 74
2.1 引言 74
2.3 状态转移矩阵的性质及其计算方法 76
2.3.1 线性定常系统状态转移矩阵的运算性质 76
2.3.2 线性定常系统状态转移矩阵的计算方法 77
2.4 线性定常非齐次状态方程的解 87
2.5 线性时变系统状态方程的解 89
2.5.1 线性时变系统状态转移矩阵的求解 90
2.5.2 线性时变系统状态转移矩阵的性质 92
2.5.3 线性时变非齐次状态方程的解 92
2.6 离散状态方程的解 95
2.6.1 递推法求解线性离散状态方程 96
2.6.2 Z变换法求解线性定常离散状态方程 97
2.7 连续状态方程的离散化 100
2.7.1 线性定常连续状态方程的离散化 101
2.7.2 线性时变连续状态方程的离散化 102
2.8 MATLAB在线性系统动态分析中的应用 106
2.8.1 应用MATLAB计算线性定常系统的矩阵指数（状态转移矩阵） 106
2.8.2 应用MATLAB求定常系统时间响应 108
2.8.3 应用MATLAB变连续状态空间模型为离散状态空间模型 114
思考题与习题 115
小结 115
上机实验题 117
第3章 线性系统的能控性和能观测性分析 119
3.1 引言 119
3.2 能控性与能观测性的概念与示例 119
3.3 能控性和能观测性定义 121
3.3.1 能控性定义 121
3.3.2 能观测性定义 122
3.4 线性连续系统能控性判据 123
3.4.1 线性定常连续系统能控性判据 123
3.4.3 线性时变连续系统能控性判据 133
3.4.2 线性定常连续系统输出能控性 133
3.5.1 线性定常连续系统能观测性判据 136
3.5 线性连续系统能观测性判据 136
3.5.2 线性时变连续系统能观测性判据 144
3.6 能控标准型与能观测标准型 146
3.6.1 单输入系统的能控标准型 146
3.6.2 单输出系统的能观测标准型 152
3.7 系统能控性和能观测性的对偶原理 156
3.7.1 线性系统的对偶关系 156
3.7.2 对偶原理 157
3.8.1 化为约当标准型的分解 158
3.8 线性系统的结构分解 158
3.8.2 按能控性和能观测性分解 159
3.9 能控性和能观测性与传递函数（阵）的关系 170
3.10 线性离散系统的能控性与能观测性 174
3.10.1 线性离散系统能控性定义 174
3.10.2 线性定常离散系统能控性的秩判据 174
3.10.3 线性离散系统能观测性定义 177
3.10.4 线性定常离散系统能观测性的秩判据 177
3.10.5 离散化系统能控性、能观测性与采样周期的关系 178
3.11.1 系统能控、能观测性分析的MATLAB函数 180
3.11 MATLAB在能控性和能观测性分析中的应用 180
3.11.2 用MATLAB进行系统能控性和能观测性分析举例 181
小结 183
思考题与习题 183
上机实验题 186
第4章 李亚普诺夫稳定性分析 189
4.1 引言 189
4.2 李亚普诺夫稳定性的基本概念 190
4.2.1 平衡状态 190
4.2.3 李亚普诺夫稳定性定义 191
4.2.2 范数 191
4.3 李亚普诺夫稳定性定理 193
4.3.1 二次型函数及其定号性 193
4.3.2 李亚普诺夫第二法 195
4.4 线性定常系统李亚普诺夫稳定性分析 198
4.4.1 李亚普诺夫第一法（间接法） 198
4.4.2 李亚普诺夫第二法 199
4.5 线性时变系统李亚普诺夫函数的求法 203
4.5.1 线性时变连续系统 203
4.6.1 李亚普诺夫第一法分析非线性系统的稳定性 204
4.6 非线性系统李亚普诺夫稳定性分析 204
4.5.2 线性时变离散系统 204
4.6.2 李亚普诺夫第二法在非线性系统稳定性分析中的应用 205
4.7 李亚普诺夫直接法应用举例 210
4.8 MATLAB在系统稳定性分析中的应用 211
4.8.1 李亚普诺夫第一法 211
4.8.2 李亚普诺夫第二法 212
小结 212
思考题与习题 213
上机实验题 214
5.2 状态反馈与输出反馈 215
5.2.1 状态反馈 215
5.1 引言 215
第5章 状态反馈与状态观测器 215
5.2.2 输出反馈 216
5.3 反馈控制对能控性与能观测性的影响 217
5.4 闭环系统极点配置 219
5.4.1 采用状态反馈配置闭环系统极点 220
5.4.2 采用线性非动态输出反馈至参考输入配置闭环系统极点 224
5.4.3 镇定问题 224
5.5 状态观测器 226
5.5.1 全维观测器的构造思想 226
5.5.2 闭环观测器极点配置 228
5.5.3 降维观测器 231
5.6 采用状态观测器的状态反馈系统 236
5.7 解耦控制 240
5.7.1 前馈补偿器解耦 241
5.7.2 输入变换与状态反馈相结合实现解耦控制 241
5.8 MATLAB在闭环极点配置及状态观测器设计中的应用 243
5.8.1 用MATLAB求解闭环极点配置问题 243
5.8.2 用MATLAB设计状态观测器 244
5.9.1 稳态精度与跟踪问题 245
5.9 线性控制系统理论的工程应用举例 245
5.8.3 基于SIMULINK的状态反馈系统仿真研究 245
5.9.2 基于状态空间综合法的单倒立摆控制系统设计实例 247
小结 252
思考题与习题 252
上机实验题 254
第6章 最优控制的基本理论及应用 257
6.1 引言 257
6.2 最优控制问题的提出及数学描述 257
6.2.1 最优控制问题实例 257
6.2.2 最优控制问题的数学描述 258
6.3.1 变分法的基本概念 260
6.3 变分法 260
6.3.2 用变分法求解无约束条件的泛函极值问题 262
6.3.3 有约束条件的泛函极值问题 266
6.4 极小值原理 270
6.5 动态规划法 273
6.5.1 最优性原理 273
6.5.2 离散系统的动态规划 276
6.5.3 连续系统的动态规划 276
6.6 线性二次型最优调节器 279
6.6.1 线性二次型最优控制问题的提法 279
6.6.2 有限时间的线性最优调节器 280
6.6.3 定常线性最优调节器 282
6.6.4 输出调节器 286
6.6.5 非零给定点调节器 288
6.6.6 最优跟踪问题 289
6.7 最小时间控制 291
6.8 应用MATLAB解线性二次型最优控制问题 296
6.9 最优控制理论的工程应用举例 298
小结 302
思考题与习题 302
上机实验题 305
参考文献 307