第1章 绪论 1
1.1控制理论的产生与发展 1
1.1.1控制理论的萌芽阶段 1
1.1.2控制理论的起步阶段 1
1.1.3控制理论的形成阶段——经典控制理论 2
1.1.4控制理论的发展阶段——现代控制理论 4
1.2现代控制理论的主要内容 5
1.2.1线性系统理论 5
1.2.2非线性系统理论 6
1.2.3最优控制理论 6
1.2.4随机控制理论与最优估计 6
1.2.5系统辨识理论 7
1.2.6智能控制 7
1.2.7自适应控制 7
1.2.8鲁棒控制 8
1.2.9模糊控制 8
1.2.10神经网络控制 8
1.2.11实时专家控制 9
1.2.12定性控制 9
1.2.13预测控制 10
1.2.14分布式控制系统 10
第2章 基于状态空间法的系统建模 11
2.1状态空间法概述 11
2.1.1状态空间的基本概念 11
2.1.2状态空间模型的组成 13
2.1.3状态空间模型的种类 14
2.1.4状态空间模型的系统框图 15
2.1.5状态空间模型的模拟结构图 15
2.2状态空间模型的建模方法 16
2.2.1根据系统模拟结构图建立状态空间模型 16
2.2.2根据系统运行机理建立状态空间模型 17
2.2.3根据系统的输入输出关系建立状态空间模型 23
2.3多输入-多输出系统的实现 37
2.4离散时间系统的状态空间表达式 39
2.5时变系统和非线性系统的状态空间表达式 43
2.5.1线性时变系统 43
2.5.2非线性系统 44
习题 45
第3章 状态空间模型的线性变换 49
3.1状态空间的线性变换 50
3.2系统特征值的不变性及系统的不变量 50
3.3化状态方程为对角线标准型 51
3.4化状态方程为约旦标准型 53
3.5状态空间表达式的可控标准型和可观标准型 55
3.5.1可控标准型 56
3.5.2可观标准型 59
习题 61
第4章 传递函数矩阵 63
4.1传递函数矩阵的定义 63
4.2由状态空间表达式求传递函数矩阵 63
习题 70
第5章 基于状态空间分析法的系统分析 71
5.1系统动态特性分析 71
5.1.1线性定常系统状态方程的解 71
5.1.2线性时变系统状态方程的解 81
5.1.3线性离散系统状态方程的解 82
5.1.4连续时间状态空间表达式的离散化 83
5.2系统可控性与可观性分析 88
5.2.1线性定常连续系统的可控性 88
5.2.2线性定常连续系统的可观性 92
5.2.3离散时间系统的可控性与可观性 93
5.2.4时变系统的可控性与可观性 94
5.2.5可控性与可观性的对偶关系 95
5.3系统稳定性分析 97
5.3.1李雅普诺夫稳定性的定义 98
5.3.2李雅普诺夫稳定性的基本定理 102
5.3.3李雅普诺夫方法在线性系统中的应用 107
5.3.4李雅普诺夫方法在非线性系统中的应用 110
习题 117
第6章 系统综合与设计 121
6.1反馈控制器设计 121
6.1.1状态反馈 121
6.1.2输出反馈 124
6.1.3从输出到状态矢量导数的反馈 125
6.1.4反馈控制闭环系统的可控性与可观性 126
6.2极点配置 128
6.2.1采用状态反馈进行极点配置的条件 128
6.2.2采用输出反馈到x进行极点配置的条件 137
6.2.3采用输出反馈进行极点配置的条件 137
6.3系统镇定 138
6.4系统解耦 138
6.4.1补偿器解耦 139
6.4.2状态反馈解耦 140
6.5状态观测器设计 143
6.5.1全维观测器设计 144
6.5.2设计观测器的爱克曼（Ackermann）公式 146
习题 148
第7章 最优控制理论与应用 151
7.1概述 151
7.2静态优化问题的求解 153
7.2.1无约束普通函数的静态优化问题 154
7.2.2有等式约束普通函数的静态优化问题 154
7.3经典变分法及其在最优控制中的应用 157
7.3.1变分法基础 157
7.3.2欧拉方程与横截条件 161
7.4现代变分法及其在最优控制中的应用 171
7.4.1极小值原理及其应用 171
7.4.2时间最优控制 186
7.4.3线性二次型最优控制 190
7.4.4动态规划 204
习题 215
第8章 现代控制理论在倒立摆系统中的应用 217
8.1倒立摆系统简介 217
8.1.1倒立摆系统分类 217
8.1.2单级倒立摆系统的体系结构 217
8.2单级倒立摆系统的数学模型 218
8.3倒立摆系统特性分析 221
8.4倒立摆系统状态反馈控制器设计与仿真 222
8.4.1状态反馈控制策略的实现 222
8.4.2状态反馈控制策略的仿真分析 222
8.5倒立摆系统LQR设计与仿真 225
8.5.1 LQR最优控制策略的实现 225
8.5.2 LQR最优控制策略的仿真分析 226
8.6极点配置法与LQR法对比分析 228
参考文献 230