第1章 控制系统的状态空间数学模型 1
1.1 基本概念 1
1.2 线性定常连续系统的状态空间数学模型 4
1.2.1 根据物理模型建立状态空间模型 4
1.2.2 根据微分方程建立状态空间模型 6
1.2.3 根据传递函数建立状态空间模型 10
1.2.4 根据系统的传递函数结构图建立状态空间模型 14
1.2.5 状态空间模型的线性变换 17
1.2.6 状态空间模型与传递函数矩阵之间的关系 20
1.3 线性时变连续系统的状态空间数学模型 20
1.4 非线性连续系统的状态空间数学模型 21
1.4.1 本质非线性系统的状态空间模型 21
1.4.2 本征非线性系统的状态空间模型 23
1.5 线性离散系统的状态空间数学模型 23
1.5.1 基本概念 23
1.5.2 线性定常离散系统的状态空间模型 24
1.6 线性定常系统状态空间模型的MATLAB实现 26
1.6.1 数学模型的MATLAB表示法 27
1.6.2 实现能控规范型的MATLAB编程及计算 29
习题1 32
第2章 控制系统的运动分析 34
2.1 线性定常连续系统的运动分析 34
2.1.1 系统状态自由运动 34
2.1.2 状态转移矩阵 36
2.1.3 系统状态受控运动 41
2.1.4 系统的输出响应 42
2.1.5 实现线性定常连续系统运动分析的MATLAB编程 42
2.2 线性时变连续系统的运动分析 45
2.2.1 系统状态自由运动 45
2.2.2 状态转移矩阵 46
2.2.3 系统状态受控运动 48
2.2.4 系统输出响应 48
2.2.5 实现线性时变连续系统运动分析的MATLAB编程 49
2.3 线性定常离散系统的运动分析 52
2.3.1 线性定常连续系统的离散化及其MATLAB实现 52
2.3.2 线性定常离散系统的运动分析 55
2.3.3 实现线性定常离散系统运动分析的MATLAB编程 56
2.4 线性时变离散系统的运动分析 59
2.4.1 线性时变连续系统的离散化及其MATLAB实现 59
2.4.2 线性时变离散系统的状态运动分析 61
2.4.3 实现线性时变离散系统运动分析的MATLAB编程 62
习题2 64
第3章 控制系统的稳定性分析 66
3.1 李雅普诺夫稳定性基本定理 66
3.1.1 数学基础 66
3.1.2 李雅普诺夫稳定性定义 68
3.1.3 李雅普诺夫稳定性定理 69
3.2 线性连续系统的稳定性分析 71
3.2.1 线性定常连续系统的稳定性分析及其MATLAB编程与计算 71
3.2.2 线性时变连续系统的稳定性分析 73
3.3 线性离散系统的稳定性分析 74
3.3.1 线性定常离散系统的稳定性分析及其MATLAB编程与计算 74
3.3.2 线性时变离散系统的稳定性分析 76
3.4 非线性连续系统的稳定性分析 77
3.4.1 克拉索夫斯基（Krasovski）法及其MATLAB编程与计算 77
3.4.2 变量梯度法 80
习题3 82
第4章 控制系统的能控性与能观测性 83
4.1 系统的能控性 83
4.1.1 线性时变连续系统的状态能控性 83
4.1.2 线性定常连续系统的状态能控性及其MATLAB辅助分析 86
4.1.3 线性离散系统的状态能控性 89
4.1.4 系统的输出能控性 90
4.2 系统的能观测性 90
4.2.1 线性时变连续系统的能观测性 90
4.2.2 线性定常连续系统的状态能观测性及其MATLAB辅助分析 91
4.2.3 线性定常离散系统的状态能观测性 94
4.3 能控与能观测规范型的实现 95
4.3.1 能控规范型的实现及其MATLAB编程与计算 95
4.3.2 能观测规范型的实现及其MATLAB编程与计算 98
4.4 线性定常系统能控性与能观测性在复域[s]中的判据 102
4.5 对偶系统及对偶性原理 104
4.5.1 线性定常对偶系统 104
4.5.2 线性时变对偶系统 105
4.6 线性定常系统能控与能观测结构分解 106
4.6.1 能控与不能控结构分解及其MATLAB辅助计算 107
4.6.2 能观测与不能观测结构分解及其MATLAB辅助计算 109
4.6.3 能控性与能观测性结构综合分解 112
习题4 115
第5章 线性定常控制系统的综合 116
5.1 反馈控制系统的基本概念 116
5.1.1 状态反馈控制系统 117
5.1.2 输出反馈控制系统 118
5.2 以实现期望极点为目标的系统综合 120
5.2.1 单输入状态反馈控制系统极点配置及其MATLAB辅助计算 120
5.2.2 多输入状态反馈控制系统的极点配置方法 123
5.2.3 输出反馈控制系统极点配置及其MATLAB辅助计算 123
5.3 以实现系统镇定为目标的系统综合 125
5.4 以实现解耦控制为目标的系统综合 128
5.4.1 补偿器解耦 128
5.4.2 状态反馈解耦 129
5.4.3 实现状态反馈解耦控制计算的MATLAB编程与计算 131
5.5 状态重构控制系统 133
5.5.1 全维状态重构器及其MATLAB辅助设计 133
5.5.2 带全维状态重构器的状态反馈系统及其MATLAB辅助设计 137
5.5.3 降维状态重构器及其MATLAB辅助设计 139
习题5 145
第6章 最优控制 147
6.1 泛函及其变分法简介 147
6.2 最优控制及其变分解法 149
6.2.1 数学模型 149
6.2.2 求解最优控制问题的变分法——拉格朗日乘子法 150
6.3 线性二次型最优控制 155
6.3.1 线性二次型最优控制的目标泛函 155
6.3.2 状态调节器及其MATLAB辅助设计 157
6.3.3 输出调节器 164
6.3.4 输出跟踪器及其MATLAB辅助设计 167
6.4 极小值原理 173
6.4.1 连续系统的极小值原理 173
6.4.2 Bang-Bang开关控制 174
6.5 离散系统的最优控制 180
6.5.1 控制无约束的离散系统的最优控制 180
6.5.2 控制有约束的离散系统的最优控制 181
6.6 动态规划法 183
6.6.1 多级决策过程及最优性原理 183
6.6.2 离散系统的动态规划 185
6.6.3 连续系统的动态规划 188
习题6 193
附录A 习题参考答案 195
参考文献 224