第1章 绪论 1
1.1控制理论的发展 1
1.2现代控制理论的基本内容 4
1.3本书的内容和特点 5
第2章 控制系统的状态空间描述 6
2.1引言 6
2.2状态空间的基本概念 6
2.3线性系统状态空间表达式的建立 10
2.3.1根据系统的结构图建立状态空间表达式 11
2.3.2根据系统的机理建立实际系统的状态空间表达式 12
2.3.3由系统的微分方程建立状态空间表达式 14
2.3.4由系统的传递函数建立状态空间表达式 17
2.4线性系统状态空间表达式的线性变换及其标准型 24
2.4.1状态空间表达式的非奇异线性变换 25
2.4.2通过线性变换求状态空间表达式的标准型 26
2.5由状态空间表达式求传递函数矩阵 32
2.6组合系统的状态空间表达式及其传递函数矩阵 35
2.7离散系统的状态空间描述 38
2.8基于MATLAB的控制系统状态空间描述 40
小结 45
习题 46
第3章 线性系统状态空间表达式的解 48
3.1引言 48
3.2线性定常连续系统齐次状态方程的解 48
3.3状态转移矩阵 50
3.3.1状态转移矩阵的定义 50
3.3.2状态转移矩阵的性质 51
3.3.3几个特殊的矩阵指数函数 52
3.3.4状态转移矩阵的计算 53
3.4线性定常连续系统非齐次状态方程的解 59
3.5线性时变系统的解 61
3.5.1线性时变系统齐次状态方程的解 61
3.5.2线性时变系统的状态转移矩阵 63
3.5.3线性时变系统非齐次状态方程的解 66
3.6离散系统的解 67
3.6.1线性定常连续系统状态空间表达式的离散化 67
3.6.2离散系统状态方程的解 71
3.7利用MATLAB求解系统的响应 74
小结 79
习题 79
第4章 线性系统的可控性和可观性 83
4.1引言 83
4.2线性定常连续系统的可控性 84
4.2.1连续系统状态可控性的定义 84
4.2.2线性定常系统的可控性判据 85
4.2.3输出可控性 90
4.3线性定常连续系统的可观性 90
4.3.1可观性的定义 91
4.3.2线性定常系统的可观性判据 91
4.4线性定常离散系统的可控性和可观性 94
4.4.1线性定常离散系统的可控性 94
4.4.2线性定常离散系统的可观性 95
4.4.3采样周期对离散化系统可控性和可观性的影响 97
4.5可控标准型和可观标准型 99
4.5.1可控标准型 99
4.5.2可观标准型 103
4.6时变系统的可控性和可观性 105
4.6.1时变系统的可控性 105
4.6.2时变系统的可观性 109
4.7线性系统可控性与可观性的对偶关系 112
4.8线性系统的结构分解 113
4.8.1系统按可控性进行结构分解 114
4.8.2系统按可观性进行结构分解 117
4.8.3系统按可控性和可观性进行结构分解 119
4.9传递函数矩阵的实现问题及其与可控性、可观性的关系 123
4.9.1传递函数矩阵 123
4.9.2多输入多输出系统的开环和闭环传递函数矩阵 123
4.9.3传递函数矩阵的实现问题 124
4.9.4可控性、可观性与传递函数矩阵的关系 131
4.10利用MATLAB进行可控性和可观性分析 133
小结 136
习题 137
第5章 线性定常系统的状态反馈和状态观测器设计 141
5.1引言 141
5.2状态反馈与闭环系统极点的配置 141
5.2.1状态反馈 141
5.2.2状态反馈极点配置（单输入系统） 143
5.3状态反馈在系统综合中的其他应用 149
5.3.1系统镇定问题 149
5.3.2系统解耦问题 150
5.4输出反馈与极点配置 155
5.4.1输出反馈 155
5.4.2输出反馈极点配置 157
5.5状态观测器 158
5.5.1状态观测器的提出及分类 158
5.5.2全维状态观测器 159
5.6带有全维状态观测器的状态反馈系统 163
5.7 MATLAB在状态反馈和状态观测器设计中的应用 165
小结 170
习题 171
第6章 李雅普诺夫稳定性分析 174
6.1引言 174
6.2李雅普诺夫稳定性的基本概念 174
6.2.1自治系统、平衡状态和受扰运动 174
6.2.2范数 175
6.2.3李雅普诺夫意义下的稳定 176
6.3李雅普诺夫稳定性的判别方法 177
6.3.1李雅普诺夫第一法 177
6.3.2李雅普诺夫第二法 180
6.4李雅普诺夫稳定性方法在线性系统中的应用 185
6.4.1李雅普诺夫第二法在线性定常系统中的应用 185
6.4.2李雅普诺夫第二法在线性时变系统中的应用 189
6.5李雅普诺夫稳定性方法在非线性系统中的应用 190
6.5.1克拉索夫斯基方法 190
6.5.2变量梯度法 192
6.6利用MATLAB进行系统稳定性分析 194
小结 197
习题 198
第7章 最优控制 200
7.1引言 200
7.2最优控制的基本概念 200
7.3最优控制中的变分法 204
7.3.1泛函与变分 204
7.3.2欧拉方程 207
7.3.3变分法在最优控制中的应用 210
7.4极小值原理 215
7.4.1古典变分法的局限性 215
7.4.2连续系统的极小值原理 216
7.4.3离散系统的极小值原理 222
7.4.4最小时间控制 225
7.4.5最小能量控制 228
7.5线性二次型问题的最优控制 231
7.5.1线性二次型问题 231
7.5.2状态调节器问题 232
7.5.3输出调节器问题 234
7.6动态规划 236
7.6.1多级决策问题 236
7.6.2离散动态规划 240
7.7利用MATLAB求解最优控制 244
小结 248
习题 248
附录 250
附录A矩阵论基础 250
附录B基于MATLAB的反馈控制系统的分析与设计 258
参考文献 281