第一节 控制理论的产生与发展 1
第一章 控制理论概述 1
第二节 控制系统的基本概念 2
一、系统的定义 2
二、控制系统的分类 3
三、控制系统的质量指标 7
四、控制系统的设计步骤 8
第三节 经典控制理论与现代控制理论 8
一、状态空间法的提出 11
二、几个术语 11
第二章 状态空间法 11
第一节 概述 11
第二节 系统的状态空间表达式 12
一、状态方程和输出方程的概念 12
二、状态空间表达式的建立 16
第三节 状态方程的解 22
一、连续型线性定常系统齐次方程的解 22
二、矩阵指数函数的计算 25
三、连续型线性定常系统非齐次方程的解 29
四、连续型系统的离散化 30
五、线性时变系统状态方程的解 31
第四节 传递函数矩阵与系统交连的解耦 36
一、由状态空间表达式确定单输入－单输出系统的传递函数 36
二、多输入－多输出系统的传递函数矩阵 37
三、闭环系统的传递函数矩阵 37
四、多输入－多输出系统的解耦问题 38
习题 40
二、经典控制理论中没有提出可控性与可观测性问题 43
三、状态空间法提出了可控性与可观测性的问题 43
第三章 线性系统的可控性与可观测性 43
一、为了实现最优控制必须使系统具有可控性和可观测性 43
第一节 概述 43
四、举例 44
第二节 可控性 45
一、可控性的定义 45
二、线性定常系统可控性判别的第一种方法 45
三、线性定常系统可控性判别的第二种方法 49
四、线性定常系统的输出可控性 50
第三节 可观测性 51
一、可观测性的定义 51
二、线性定常系统可观测性的判别方法 52
第四节 可控标准形与可观测标准形 55
一、可控标准形与可观测标准形的形式 55
二、可控标准形的可控性 57
三、可观测标准形的可观测性 61
一、可控系统的特征方程 62
第五节 极点配置 62
二、状态反馈 63
第六节 状态观测器 65
一、实现闭环控制需要状态观测器 65
二、状态观测器的设计 66
三、带状态观测器的闭环控制系统 69
四、降维观测器 72
习题 75
第一节 李雅普诺夫关于稳定性的定义 77
一、状态向量的平衡状态及球域 77
第四章 李雅普诺夫稳定性分析 77
二、李雅普诺夫的稳定性定义 78
三、关于李雅普诺夫稳定性定义的讨论 79
第二节 李雅普诺夫直接法 79
一、什么是李雅普诺夫直接法 79
二、李雅普诺夫直接法 80
第三节 线性定常系统的稳定性分析 83
一、线性定常系统渐近稳定的充要条件 83
二、线性定常系统的李雅普诺夫定理 84
一、表示动态系统瞬时响应快速性的指标——η 87
三、离散型系统的李雅普诺夫稳定性分析 87
第四节 动态系统瞬时响应的快速性 87
二、线性定常系统η的计算 88
第五节 非线性系统的稳定性分析 89
第六节 寻找李雅普诺夫函数的变量－梯度法 90
一、有关场论的一些基本概念 91
二、变量－梯度法 92
习题 95
第五章 最优控制 96
第一节 概述 96
一、最优控制问题的实例 97
第二节 最优控制问题的提法和数学模型 97
二、性能指标 98
三、约束条件 100
四、最优控制问题的一般提法 101
五、最优控制问题的求解方法 101
第三节 变分法 101
一、从几个实例引出变分问题 101
二、一次变分与欧拉方程 103
三、含有多个未知函数的变分问题 105
四、条件极值的变分问题 107
五、变分学中的直接方法（里兹法） 110
第四节 庞特里亚金极大值原理 111
一、极大值原理 112
二、应用举例 114
第五节 具有二次型性能指标的线性系统的最优控制 119
一、二次型性能指标及其涵义 120
二、线性调节器问题的解 120
四、离散系统二次型最优控制 124
三、含有交叉项的二次型最优控制 124
五、举例 125
习题 129
第六章 车辆悬架的控制技术 132
第一节 悬架系统概述 132
一、悬架的作用 132
二、被动悬架、主动悬架、半主动悬架及其特点 132
第二节 悬架的固有特性 136
一、悬架的不变性方程 136
三、悬架系统性能的评价指标 136
二、悬架特性的不变点 137
三、悬架性能指标间的制约关系 138
第三节 车辆悬架的最优控制 142
一、悬架模型的状态空间表达式 142
二、主动悬架系统可控性与可观测性 144
三、主动悬架的最优控制 145
第七章 控制理论在汽车防抱死制动系统中的应用 149
第一节 概述 149
第二节 ABS系统的原理 150
一、轮胎与地面的相互关系 150
三、ABS系统的结构 151
二、单轮车辆制动模型 151
第三节 ABS的控制算法 154
一、逻辑门限值控制 155
二、PID控制 158
三、滑模变结构控制 159
第四节 现代控制理论在ABS中的应用 162
一、防抱死制动系统的状态空间描述 162
三、计算实例 164
二、最优控制系统设计 164
第八章 汽车四轮转向系统的控制技术 167
第一节 四轮转向系统概述 167
一、4WS汽车的原理和特点 167
二、四轮转向系统的控制 169
三、四轮转向控制技术发展趋势 171
第二节 4WS汽车模型及转向特性分析 172
一、4WS汽车模型的建立 172
二、4WS汽车操纵稳定性分析 173
三、4WS汽车的响应特性 175
一、4WS模型的状态空间表达式 176
第三节 汽车4WS系统的最优控制 176
二、4WS系统可控性与可观测性 177
三、4WS的最优控制 178
第九章 随机控制系统的基本理论及其应用 182
第一节 随机控制系统的数学模型 182
第二节 随机最优估计问题 183
一、离散系统的简化数学模型 183
二、离散系统的简化噪声特性 184
三、卡尔曼滤波的递推公式 184
四、卡尔曼滤波的稳定性 187
五、卡尔曼滤波公式的证明 188
六、当考虑输入量U时的离散卡尔曼滤波 191
七、连续系统的卡尔曼滤波 191
第三节 随机最优控制问题 194
一、已知条件 194
二、需要解决的问题 195
三、解决的途径 195
四、应用举例 196
第四节 汽车自动驾驶系统的控制 198
习题 200
参考文献 202