現(xiàn)代控制理論（第2版）

第1章緒論
1.1控制理論的發(fā)展
1.2現(xiàn)代控制理論中的兩個重要概念
1.2.1系統(tǒng)的能控性
1.2.2系統(tǒng)的能觀性
1.3現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容
1.4本書研究的主要內(nèi)容
第2章狀態(tài)空間描述
2.1狀態(tài)空間分析法
2.1.1動力學(xué)系統(tǒng)
2.1.2例子
2.1.3狀態(tài)變量和狀態(tài)向量
2.1.4狀態(tài)空間與狀態(tài)空間描述
2.1.5狀態(tài)空間描述的一般形式
2.2狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖
2.2.1狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖繪制的基本方法
2.2.2一階系統(tǒng)的狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖
2.2.3三階單輸入單輸出系統(tǒng)的狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖
2.2.4二輸入二輸出二階系統(tǒng)的狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖
2.3狀態(tài)空間描述的建立
2.3.1由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖建立狀態(tài)空間描述
2.3.2由系統(tǒng)機理建立狀態(tài)空間描述
2.4狀態(tài)空間描述的標準形式
2.4.1傳遞函數(shù)中無零點時的實現(xiàn)
2.4.2傳遞函數(shù)有零點時的實現(xiàn)
2.5由狀態(tài)空間描述求傳遞函數(shù)陣
2.5.1傳遞函數(shù)（陣）
2.5.2組合系統(tǒng)的傳遞函數(shù)陣
2.6狀態(tài)向量的線性變換
2.6.1狀態(tài)空間表達式的非唯一性
2.6.2系統(tǒng)特征值的不變性和系統(tǒng)的不變性
2.6.3狀態(tài)空間表達式變換為約當標準型
2.7離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述
2.7.1狀態(tài)空間表達式
2.7.2脈沖傳遞（函數(shù)）矩陣
2.8狀態(tài)空間的MATLAB描述
2.8.1數(shù)學(xué)模型的建立
2.8.2模型間的轉(zhuǎn)換
2.8.3組合系統(tǒng)的傳遞函數(shù)陣
2.8.4線性變換
本章小結(jié)
習(xí)題
MATLAB實驗
第3章線性系統(tǒng)的運動分析
3.1線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的齊次解（自由解）
3.1.1冪級數(shù)法
3.1.2拉氏變換法
3.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
3.2.1狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的含義
3.2.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的基本性質(zhì)
3.2.3幾個特殊的矩陣指數(shù)函數(shù)
3.2.4狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計算
3.2.5由狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣求系統(tǒng)矩陣
3.3線性定常系統(tǒng)非齊次狀態(tài)方程的解
3.3.1積分法
3.3.2拉氏變換法
3.3.3特定輸入下的狀態(tài)響應(yīng)
3.4線性時變系統(tǒng)的運動分析
3.4.1線性時變系統(tǒng)齊次狀態(tài)方程的解
3.4.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣(t,t0)的基本性質(zhì)
3.4.3狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣(t,t0)的計算
3.4.4線性時變系統(tǒng)非齊次狀態(tài)方程的解
3.4.5線性時變系統(tǒng)的輸出
3.5線性系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)矩陣
3.5.1線性時變系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)矩陣
3.5.2線性定常系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)矩陣
3.5.3傳遞矩陣與脈沖響應(yīng)矩陣的關(guān)系
3.5.4利用脈沖響應(yīng)矩陣計算控制系統(tǒng)的輸出
3.6連續(xù)系統(tǒng)的離散化
3.6.1問題的提出
3.6.2基本假設(shè)
3.6.3線性定常系統(tǒng)的離散化
3.6.4近似離散化
3.6.5線性時變系統(tǒng)的離散化
3.7線性離散系統(tǒng)的運動分析
3.7.1線性定常離散系統(tǒng)方程的解
3.7.2線性時變離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的解
3.8基于MATLAB的運動分析
3.8.1基于MATLAB的線性定常系統(tǒng)的運動分析
3.8.2基于MATLAB的線性離散系統(tǒng)的運動分析
本章小結(jié)
習(xí)題
MATLAB實驗
第4章系統(tǒng)的能控性與能觀性
4.1線性定常系統(tǒng)能控性定義及判據(jù)
4.1.1能控性基本概念
4.1.2能控性定義
4.1.3能控性判據(jù)
4.1.4輸出能控性及判據(jù)
4.2線性定常系統(tǒng)能觀性定義及判據(jù)
4.2.1能觀測性基本概念
4.2.2能觀性定義
4.2.3能觀性判據(jù)
4.3線性時變系統(tǒng)的能控性與能觀性
4.3.1線性時變系統(tǒng)的能控性判據(jù)
4.3.2線性時變系統(tǒng)的能觀性判據(jù)
4.4離散定常系統(tǒng)的能控性與能觀性
4.4.1離散定常系統(tǒng)能控性定義及判據(jù)
4.4.2離散定常系統(tǒng)能觀測性定義及判據(jù)
4.4.3連續(xù)系統(tǒng)的能控性、能觀性與離散系統(tǒng)的能控性、能觀性之間
的關(guān)系
4.5對偶原理
4.5.1線性系統(tǒng)的對偶關(guān)系
4.5.2對偶原理
4.6能控標準型與能觀標準型
4.6.1單輸入系統(tǒng)的能控標準型
4.6.2單輸出系統(tǒng)的能觀測標準型
4.7系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解
4.7.1基本概念
4.7.2按能控性分解
4.7.3按能觀測性分解
4.7.4標準分解
4.8傳遞函數(shù)陣的實現(xiàn)
4.8.1實現(xiàn)的基本概念
4.8.2多輸入多輸出系統(tǒng)的能控性與能觀性實現(xiàn)
4.8.3最小實現(xiàn)
4.9傳遞函數(shù)與能控性和能觀性之間的關(guān)系
4.9.1單輸入單輸出系統(tǒng)能控性、能觀性與傳遞函數(shù)之間的關(guān)系
4.9.2多輸入多輸出系統(tǒng)的能控性、能觀性與傳遞函數(shù)陣之間的關(guān)系
4.10利用MATLAB分析能控性與能觀性
4.10.1常用函數(shù)
4.10.2控制實例
本章小結(jié)
習(xí)題
MATLAB實驗
第5章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性
5.1外部穩(wěn)定性與內(nèi)部穩(wěn)定性
5.1.1外部穩(wěn)定性
5.1.2內(nèi)部穩(wěn)定性
5.2Lyaponov定義下的穩(wěn)定性
5.2.1系統(tǒng)的平衡狀態(tài)
5.2.2狀態(tài)矢量范數(shù)
5.2.3李雅普諾夫意義下的穩(wěn)定性定義
5.2.4外部穩(wěn)定性與內(nèi)部穩(wěn)定性之間的關(guān)系
5.3李雅普諾夫判穩(wěn)第一法
5.3.1線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
5.3.2線性時變系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
5.3.3非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
5.4李雅普諾夫判穩(wěn)第二法
5.4.1李雅普諾夫第二法的基本思想
5.4.2標量函數(shù)V（x）的符號性質(zhì)（Sign）
5.4.3二次型標量函數(shù)的符號性質(zhì)
5.4.4李雅普諾夫第二法的穩(wěn)定性判據(jù)
5.5李雅普諾夫法在線性系統(tǒng)中的應(yīng)用
5.5.1李雅普諾夫矩陣方程
5.5.2李雅普諾夫矩陣方程在線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性判別中的應(yīng)用
5.5.3基于李雅普諾夫第二法的線性時變系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
5.5.4線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性
5.5.5用李雅普諾夫函數(shù)估算系統(tǒng)響應(yīng)的快速性
5.6李雅普諾夫第二法在非線性系統(tǒng)中的應(yīng)用
5.6.1克拉索夫斯基法
5.6.2阿塞爾曼法
5.7基于Lyapunov第二法的參數(shù)最優(yōu)問題
5.7.1線性二次型最優(yōu)控制問題
5.7.2參數(shù)最優(yōu)問題的Lyapunov第二法的解法
5.8基于李雅普諾夫第二法的模型參考控制系統(tǒng)
5.8.1模型參考控制系統(tǒng)
5.8.2控制器的設(shè)計
5.9基于MATLAB的穩(wěn)定性分析
5.9.1穩(wěn)定性分析的常用函數(shù)
5.9.2基于MATLAB的穩(wěn)定性分析實例
本章小結(jié)
習(xí)題
MATLAB實驗
第6章系統(tǒng)的綜合
6.1基本概念
6.1.1引言
6.1.2性能指標的類型
6.1.3線性反饋系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
6.2極點配置與狀態(tài)反饋
6.2.1期望極點對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響
6.2.2狀態(tài)反饋與極點配置
6.2.3單變量系統(tǒng)極點配置定理
6.2.4狀態(tài)反饋下閉環(huán)系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題
6.3輸出反饋
6.3.1輸出反饋至矩陣B后端
6.3.2輸出反饋至矩陣B前端
6.3.3狀態(tài)反饋與輸出反饋的比較
6.4狀態(tài)重構(gòu)與狀態(tài)觀測器
6.4.1開環(huán)狀態(tài)觀測器
6.4.2閉環(huán)全維狀態(tài)觀測器
6.4.3配置狀態(tài)觀測器反饋增益矩陣G的方法
6.4.4降維狀態(tài)觀測器
6.5帶狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)
6.5.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)模型
6.5.2閉環(huán)系統(tǒng)的基本特性
6.5.3具有降階觀測器的觀測—狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)
6.6解耦控制系統(tǒng)
6.6.1系統(tǒng)解耦基本原理
6.6.2用前饋補償器實現(xiàn)解耦
6.6.3用串聯(lián)補償器實現(xiàn)解耦控制
6.6.4用輸入變換和狀態(tài)反饋實現(xiàn)解耦控制
6.6.5解耦系統(tǒng)的綜合控制
6.7穩(wěn)態(tài)精度與漸近跟蹤
6.7.1穩(wěn)態(tài)精度與跟蹤問題
6.7.2內(nèi)模原理
6.7.3無靜差跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計
6.7.4倒立擺的無靜差(Ⅰ型)位置跟蹤系統(tǒng)設(shè)計
6.8基于MATLAB的系統(tǒng)綜合
6.8.1常用函數(shù)指令
6.8.2應(yīng)用舉例
本章小結(jié)
習(xí)題
MATLAB實驗
第7章最優(yōu)控制
7.1基本概念
7.2變分法在最優(yōu)控制中的應(yīng)用
7.2.1泛函與變分法的基本概念
7.2.2泛函極值
7.2.3橫截條件
7.2.4條件極值
7.3極小值原理
7.3.1連續(xù)系統(tǒng)的極小值原理
7.3.2離散系統(tǒng)的極小值原理
7.4動態(tài)規(guī)劃
7.4.1最優(yōu)性原理
7.4.2離散系統(tǒng)的動態(tài)規(guī)劃
7.4.3連續(xù)系統(tǒng)的動態(tài)規(guī)劃
7.4.4變分法、極小值原理與動態(tài)規(guī)劃
7.5線性二次型最優(yōu)控制
7.5.1線性二次型問題
7.5.2狀態(tài)調(diào)節(jié)器
7.5.3輸出調(diào)節(jié)器
7.5.4輸出跟蹤問題
7.6實用最優(yōu)控制系統(tǒng)
7.6.1電機拖動控制
7.6.2人造地球衛(wèi)星姿態(tài)控制
7.6.3二級倒立擺控制
7.7運用MATLAB求解最優(yōu)控制問題舉例
本章小結(jié)
習(xí)題
MATLAB實驗
附錄A常用符號表
附錄B向量空間與矩陣理論的基本知識
附錄CMATLAB軟件中常用控制指令說明
參考文獻