现代控制工程

第1章　绪论 1

1.1　控制理论及工程的发展 1

1.2　现代复杂机电控制系统分析 4

1.3　经典控制理论与现代控制理论的特点 8

1.4　现代控制理论的基本内容 9

第2章　控制系统的状态空间描述 11

2.1　基本概念 11

2.2　系统状态空间描述 12

2.3 由系统微分方程列写状态空间描述 16

2.4 由传递函数列写状态空间描述 20

2.5　非线性状态方程的线性化 29

2.6　系统的传递函数矩阵 32

2.7　状态方程的线性变换 35

2.8　机电液系统状态空间表达式的建立 40

2.9　基于Matlab的系统模型转换 45

习题 48

第3章　控制系统的状态空间分析——状态方程的解 51

3.1　线性定常齐次状态方程的解 51

3.2　矩阵指数函数 53

3.2.1　矩阵指数函数的性质 53

3.2.2　矩阵指数函数应用 59

3.3　状态转移矩阵 60

3.4　非齐次状态方程的解——控制系统的受控运动 64

3.5　线性时变系统的运动分析 66

3.6 基于MATLAB的系统运动分析 69

习题 71

第4章　控制系统的李亚普诺夫稳定性分析 73

4.1　李亚普诺夫意义下的稳定性 73

4.2　判别系统稳定的李亚普诺夫方法 75

4.2.1 Lyapunov第一法 75

4.2.2 Lyapunov第二法 77

4.3　线性系统的Lyapunov稳定性分析 84

4.3.1　线性定常系统的稳定性分析 84

4.3.2　线性时变系统的稳定性分析 87

习题 88

第5章　控制系统的可控性与可测性——系统分析（定性分析） 89

5.1　可控性与可测性的概念 89

5.1.1　问题的提出 89

5.1.2　可控性与可观测性的概念 91

5.2　可控性的判别准则 91

5.2.1　线性定常连续系统的可控性及其判据 91

5.2.2　线性时变系统的可控性判据 95

5.3　可观测性及其判据 97

5.3.1　线性定常连续系统的可观测性及其判据 97

5.3.2　线性时变系统的可观测性及其判据 103

5.4　可控标准型与可测标准型 104

5.4.1　可控标准型 104

5.4.2　可测标准型 106

5.4.3　对偶系统与对偶原理 107

5.5　可控性、可测性与系统传递函数的关系 109

5.6　基于Matlab的系统可控性与可观测性分析 113

习题 116

第6章 系统的状态反馈与观测器——系统综合问题 119

6.1　状态反馈与输出反馈 119

6.1.1　状态反馈和输出反馈 119

6.1.2　对两种反馈形式的讨论 121

6.2　系统极点（即特征值）配置 121

6.2.1　系统极点配置的方法 122

6.2.2　对于状态反馈与输出反馈的几点说明 123

6.3　状态观测器 126

6.3.1　状态观测器模型 127

6.3.2　求状态观测器增益矩阵的方法 129

6.4　采用观测器的状态反馈系统 132

6.5　降维观测器 137

6.6 用MATLAB进行控制系统的状态空间设计 142

习题 151

第7章　最优控制 153

7.1　概述 153

7.2　最优控制的变分法 154

7.3　有约束最优控制的极小值原理 159

7.4　动态规划 161

7.5　线性二次型最优控制 164

7.5.1　有限时间状态调节器问题 165

7.5.2　无限时间输出调节器问题 166

7.5.3　线性定常调节器问题 167

7.6　应用MATLAB解线性二次型最优控制问题 168

习题 174

第8章　离散系统的状态空间描述和分析 175

8.1　离散系统分析基础 175

8.1.1　脉冲采样与采样定理 177

8.1.2　保持器 179

8.1.3　z变换与z反变换 182

8.1.4　离散系统的差分方程 188

8.1.5　线性定常离散系统的z传递函数 192

8.2　离散系统的状态空间表达式的建立 197

8.2.1　系统连续部分状态空间表达式的离散化 198

8.2.2 由差分方程求状态空间表达式 200

8.2.3 由z传递函数求状态空间表达式 203

8.3　离散系统的传递矩阵 206

8.4　离散系统的运动分析 207

8.5　离散系统的李亚普诺夫稳定性分析 209

8.6　离散系统的可控性与可观测性 210

8.7　基于MATLAB的离散系统分析 212

8.7.1 用MATLAB实现线性定常连续系统的离散化 212

8.7.2　用MATLAB求解线性定常离散系统的状态方程 214

8.7.3 用MATLAB判断线性定常离散系统的可控性与可测性 216

习题 217

参考文献 219