绪论 1
一、控制理论的发展回顾 1
二、现代控制理论的主要内容 3
三、Matlab控制系统工具箱简介 4
四、关于本书 6
思考题 6
第一章 动态系统的状态空间描述 7
第一节 状态空间描述的基本概念 7
一、状态和状态空间 8
二、系统的状态空间表达式 9
三、系统状态空间描述的图示形式 11
四、稳态方程和偏差量方程 12
第二节 状态空间表达式的建立 13
一、从系统的运行机理出发建立状态空间表达式 13
二、由经典控制理论中的系统运动方程式建立状态空间表达式 17
三、由系统结构图建立状态空间表达式 30
第三节 由系统状态空间表达式求系统输入输出描述 32
一、单输入单输出的情况 32
二、多输入多输出的情况 34
三、组合系统 36
第四节 状态空间的线性变换 39
一、状态变量的线性变换 39
二、系统特征结构的不变性 40
三、将系统的一般状态空间描述变换为特征值规范型 41
第五节 离散时间系统的状态空间描述 54
一、离散系统的状态空间表达式 54
二、由差分方程或脉冲传递函数化为状态空间表达式 55
三、由状态空间表达式求脉冲传递函数矩阵 56
第六节 应用Matlab的模型处理 57
一、系统模型的表示 57
二、传递函数模型与状态空间模型的相互转换 61
三、线性变换 64
四、组合系统的模型 68
本章要点 70
思考题 71
练习题 71
上机练习题 75
第二章 线性动态系统的运动分析 77
第一节 线性定常系统的运动分析 77
一、线性定常系统齐次状态方程的解 77
二、状态转移矩阵的性质 78
三、状态运动模态 81
四、矩阵指数eAte的计算方法 85
五、线性定常系统非齐次状态方程的解 89
第二节 线性时变系统的运动分析 92
一、线性时变齐次状态方程的解 92
二、线性时变系统状态转移矩阵的性质 96
三、线性时变非齐次状态方程的解 96
第三节 线性离散系统的运动分析 98
一、离散系统状态方程的解 98
二、线性连续系统的离散化 102
第四节 应用Matlab的系统运动分析 106
一、线性定常连续系统的运动分析 106
二、连续系统的离散化 111
三、线性定常离散系统的运动分析 112
本章要点 116
思考题 116
练习题 116
上机练习题 119
第三章 动态系统的稳定性及李雅普诺夫分析方法 121
第一节 稳定性基本概念 121
一、外部稳定性与内部稳定性 121
二、李雅普诺夫稳定性基本概念 122
第二节 李雅普诺夫稳定性分析方法 125
一、李雅普诺夫第一法 125
二、李雅普诺夫第二法 126
第三节 线性系统的李雅普诺夫稳定性分析方法 131
一、定常连续系统 131
二、时变连续系统 134
三、定常离散系统 135
四、时变离散系统 137
第四节 非线性系统的李雅普诺夫稳定性分析方法 138
一、克拉索夫斯基法 138
二、变量梯度法 141
第五节 应用Matlab的系统稳定性分析 145
一、基于李雅普诺夫第一法的稳定性分析 145
二、基于李雅普诺夫第二法的稳定性分析 146
本章要点 147
思考题 148
练习题 148
上机练习题 150
第四章 线性系统的能控性与能观性分析 152
第一节 系统能控性和能观性的直观示例 152
第二节 连续系统能控性及其判据 154
一、能控性定义 154
二、能控性基本判据 155
三、定常系统能控性判据 157
四、定常系统的输出能控性 164
第三节 连续系统能观性及其判据 165
一、能观性定义 166
二、能观性基本判据 167
三、能控性与能观性的对偶关系 168
四、定常系统能观性判据 170
第四节 线性离散系统的能控性与能观性 177
一、能控性 177
二、能观性 181
三、连续系统离散化后的能控性和能观性 182
第五节 线性定常系统的能控规范型与能观规范型 183
一、单输入单输出系统 184
二、多输入多输出系统 192
第六节 线性系统的结构分解 205
一、系统能控性、能观性在线性变换下的属性 205
二、按能控性分解 206
三、按能观性分解 209
四、系统结构的规范分解 211
五、线性系统的结构分解与传递函数矩阵 214
第七节 能控性、能观性与传递函数（矩阵）的关系 215
一、单输入单输出系统 215
二、多输入多输出系统 218
三、能控、能观系统外部稳定性与内部稳定性的等价 221
第八节 应用Matlab的系统能控性、能观性分析 221
一、系统能控性、能观性判别 221
二、线性系统的结构分解 224
本章要点 226
思考题 227
练习题 227
上机练习题 231
第五章 线性反馈控制系统的综合 233
第一节 状态反馈控制系统 234
一、状态反馈控制系统的构成 234
二、状态反馈控制系统极点任意配置的条件 235
三、单输入系统极点配置算法 236
四、多输入系统极点配置算法 241
五、关于极点配置的几点说明 250
六、状态反馈对系统能控性和能观性的影响 251
第二节 输出反馈控制系统 252
一、输出反馈控制系统的构成 252
二、输出反馈控制系统的极点配置 253
三、输出反馈对系统能控性和能观性的影响 254
第三节 系统镇定问题 255
一、状态反馈镇定 255
二、输出反馈镇定 257
第四节 跟踪控制与扰动抑制问题 259
一、问题的描述 259
二、具有扰动抑制的渐近跟踪控制系统 260
三、具有输入变换的跟踪控制 266
第五节 解耦控制问题 268
一、问题的描述 268
二、串联补偿解耦 269
三、状态反馈动态解耦 271
四、状态反馈静态解耦 279
第六节 线性二次型最优控制 282
一、线性二次型最优控制问题 282
二、最优状态调节器 284
三、最优输出调节器 293
四、最优输出跟踪器 296
第七节 应用Matlab的线性反馈控制系统综合 301
一、状态反馈极点配置 301
二、求解线性二次型最优控制 302
本章要点 305
思考题 305
练习题 306
上机练习题 309
第六章 状态观测与状态最优估计 311
第一节 状态重构与状态观测器 311
一、状态重构问题 311
二、全维状态观测器 312
三、降维状态观测器 317
四、扰动观测器 321
第二节 引入观测器的状态反馈控制系统 322
一、系统的构成 322
二、系统的特性 323
三、状态重构反馈与带补偿器输出反馈的等价 328
第三节 状态最优估计 329
一、状态估计问题的描述 329
二、最小二乘估计 330
三、线性最小方差估计 333
四、卡尔曼滤波 335
五、随机线性系统的最优控制 347
第四节 应用Matlab的状态观测及状态估计 350
一、状态观测器设计 350
二、应用Matlab的状态估计 356
本章要点 360
思考题 360
练习题 360
上机练习题 363
第七章 现代控制理论的应用举例 365
第一节 现代控制理论实际应用中的一些问题 365
一、系统数学模型的建立 365
二、系统分析 368
三、系统综合与设计 368
第二节 单倒立摆控制系统 370
一、系统的数学模型 370
二、系统的结构特性分析 373
三、状态反馈控制系统设计 373
四、具有状态观测器的状态反馈控制系统设计 375
五、最优状态调节器设计 379
第三节 桥式吊车控制系统 381
一、系统的数学模型 382
二、系统的结构特性分析 384
三、状态反馈跟踪控制系统设计 386
四、具有状态观测器的状态反馈跟踪控制系统设计 389
五、具有扰动抑制的渐近跟踪控制系统设计 393
六、最优输出跟踪器设计 399
七、模型的进一步简化 401
本章要点 401
思考题 402
上机练习题 402
参考文献 403