第1章緒論/001
1.1控制理論的產(chǎn)生及其發(fā)展歷程001
1.1.1經(jīng)典控制理論階段001
1.1.2現(xiàn)代控制理論階段002
1.1.3大系統(tǒng)理論和智能控制理論階段003
1.1.4網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)理論階段004
1.2現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典控制理論的區(qū)別005
1.3現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容005
1.3.1線性系統(tǒng)理論006
1.3.2系統(tǒng)辨識(shí)006
1.3.3最優(yōu)濾波理論006
1.3.4最優(yōu)控制007
1.3.5自適應(yīng)控制007

第2章線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述/009
2.1狀態(tài)空間描述的概念009
2.1.1狀態(tài)空間描述的基本概念009
2.1.2控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述舉例010
2.1.3線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述的一般形式013
2.1.4狀態(tài)空間描述的特點(diǎn)015
2.2線性系統(tǒng)的時(shí)域微分方程化為狀態(tài)空間表達(dá)式015
2.2.1微分方程右端不包含輸入變量的各階導(dǎo)數(shù)016
2.2.2微分方程右端包含輸入變量的各階導(dǎo)數(shù)017
2.3線性系統(tǒng)的頻域傳遞函數(shù)化為狀態(tài)空間表達(dá)式019
2.3.1系統(tǒng)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)為兩兩相異的單根019
2.3.2系統(tǒng)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)為重根020
2.3.3系統(tǒng)傳遞函數(shù)同時(shí)具有單極點(diǎn)和重極點(diǎn)022
2.4根據(jù)線性系統(tǒng)的狀態(tài)變量圖列寫(xiě)狀態(tài)空間表達(dá)式023
2.4.1一階線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式023
2.4.2二階線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式025
2.4.3n階線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式026
2.5根據(jù)線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖導(dǎo)出狀態(tài)空間表達(dá)式028
2.6將線性系統(tǒng)狀態(tài)方程化為標(biāo)準(zhǔn)形式030
2.6.1線性系統(tǒng)的特征值及其不變性030
2.6.2將線性系統(tǒng)狀態(tài)方程化為對(duì)角標(biāo)準(zhǔn)型031
2.6.3將線性系統(tǒng)狀態(tài)方程化為約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型035
2.7基于MATLAB的控制系統(tǒng)狀態(tài)空間描述037
2.7.1利用MATLAB描述控制系統(tǒng)模型037
2.7.2狀態(tài)空間表達(dá)式與傳遞函數(shù)矩陣的相互轉(zhuǎn)換039
2.7.3系統(tǒng)的線性變換041
2.7.4系統(tǒng)模型的連接043
2.8小結(jié)044
習(xí)題045

第3章線性控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)與離散化/048
3.1線性定常系統(tǒng)的自由運(yùn)動(dòng)048
3.1.1自由運(yùn)動(dòng)的定義048
3.1.2自由運(yùn)動(dòng)的討論048
3.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣eAt的計(jì)算方法049
3.2.1根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的定義求解050
3.2.2用拉普拉斯反變換法求解050
3.2.3將eAt化為A的有限多項(xiàng)式來(lái)求解050
3.2.4通過(guò)非奇異變換法求解052
3.3線性定常系統(tǒng)的受控運(yùn)動(dòng)054
3.4線性時(shí)變連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程求解057
3.4.1時(shí)變齊次狀態(tài)方程的解057
3.4.2線性時(shí)變系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣061
3.4.3線性時(shí)變系統(tǒng)非齊次狀態(tài)方程的解062
3.5離散時(shí)間系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述064
3.5.1將標(biāo)量差分方程化為狀態(tài)空間表達(dá)式065
3.5.2將脈沖傳遞函數(shù)化為狀態(tài)空間表達(dá)式067
3.5.3離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的一般形式068
3.6離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解069
3.6.1迭代法069
3.6.2z反變換法070
3.7線性連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的離散化072
3.7.1時(shí)域中線性連續(xù)系統(tǒng)的離散化073
3.7.2頻域中線性連續(xù)系統(tǒng)的離散化077
3.7.3離散化過(guò)程中采樣周期T的合理選取078
3.8利用MATLAB求解系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式079
3.8.1連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解079
3.8.2離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解079
3.8.3線性系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的離散化080
3.9小結(jié)082
習(xí)題082

第4章控制系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析/085
4.1李雅普諾夫穩(wěn)定性的基本概念085
4.1.1系統(tǒng)的平衡狀態(tài)085
4.1.2范數(shù)的概念086
4.1.3李雅普諾夫穩(wěn)定性的定義087
4.2李雅普諾夫穩(wěn)定性理論088
4.2.1李雅普諾夫第一法088
4.2.2二次型函數(shù)090
4.2.3李雅普諾夫第二法092
4.3線性系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析095
4.3.1線性定常連續(xù)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定判據(jù)095
4.3.2線性時(shí)變連續(xù)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定判據(jù)099
4.3.3線性定常離散系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定判據(jù)099
4.3.4線性時(shí)變離散系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定判據(jù)100
4.4非線性系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析101
4.4.1雅可比矩陣法101
4.4.2變量梯度法103
4.5利用MATLAB分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性109
4.6小結(jié)111
習(xí)題112

第5章線性控制系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性/114
5.1能控性與能觀測(cè)性的定義114
5.1.1能控性的定義114
5.1.2能觀測(cè)性的定義115
5.2線性定常連續(xù)系統(tǒng)的能控性116
5.2.1具有對(duì)角標(biāo)準(zhǔn)型或約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)的能控性判別116
5.2.2利用能控性矩陣判別系統(tǒng)的能控性122
5.3線性定常系統(tǒng)的能觀測(cè)性126
5.3.1化成對(duì)角標(biāo)準(zhǔn)型或約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型的判別方法126
5.3.2利用能觀測(cè)性矩陣判斷系統(tǒng)的能觀測(cè)性128
5.4線性時(shí)變系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性129
5.4.1能控性判別129
5.4.2能觀測(cè)性判別133
5.4.3與連續(xù)定常系統(tǒng)的判別法則之間的關(guān)系136
5.5線性定常離散系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性137
5.5.1能控性矩陣及能控性判別137
5.5.2能觀測(cè)性矩陣及能觀測(cè)性判別140
5.6能控性和能觀測(cè)性的對(duì)偶原理140
5.6.1線性系統(tǒng)的對(duì)偶關(guān)系141
5.6.2定常系統(tǒng)的對(duì)偶原理142
5.6.3時(shí)變系統(tǒng)的對(duì)偶原理142
5.7單輸入單輸出系統(tǒng)的能控標(biāo)準(zhǔn)型和能觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)型143
5.7.1能控標(biāo)準(zhǔn)型144
5.7.2能觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)型147
5.7.3根據(jù)傳遞函數(shù)確定能控與能觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)型149
5.8線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解150
5.8.1按能控性進(jìn)行分解150
5.8.2按能觀測(cè)性進(jìn)行分解152
5.8.3按能控性和能觀測(cè)性進(jìn)行分解155
5.9系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)161
5.9.1實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的基本概念161
5.9.2能控標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)和能觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)161
5.9.3最小實(shí)現(xiàn)164
5.10傳遞函數(shù)矩陣與能控性和能觀測(cè)性之間的關(guān)系168
5.11利用MATLAB分析系統(tǒng)的能控性與能觀測(cè)性170
5.12小結(jié)172
習(xí)題173

第6章?tīng)顟B(tài)負(fù)反饋和狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)/176
6.1線性反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類(lèi)別176
6.1.1狀態(tài)負(fù)反饋176
6.1.2輸出負(fù)反饋177
6.1.3從輸出到狀態(tài)向量導(dǎo)數(shù)x· 的負(fù)反饋179
6.1.4閉環(huán)系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性180
6.2閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)配置181
6.2.1采用狀態(tài)負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)配置181
6.2.2采用從輸出到輸入端負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)配置185
6.2.3采用從輸出到狀態(tài)向量導(dǎo)數(shù)x·的負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)配置185
6.2.4多輸入多輸出系統(tǒng)的極點(diǎn)配置187
6.2.5系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問(wèn)題188
6.3系統(tǒng)的解耦控制191
6.3.1串聯(lián)解耦192
6.3.2負(fù)反饋解耦193
6.4狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)199
6.4.1狀態(tài)重構(gòu)問(wèn)題199
6.4.2觀測(cè)器的存在性201
6.4.3全維觀測(cè)器的設(shè)計(jì)202
6.4.4降維觀測(cè)器的設(shè)計(jì)204
6.5帶狀態(tài)觀測(cè)器的閉環(huán)控制系統(tǒng)208
6.5.1帶狀態(tài)觀測(cè)器的閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)208
6.5.2帶狀態(tài)觀測(cè)器的閉環(huán)控制系統(tǒng)的特征209
6.6利用MATLAB設(shè)計(jì)系統(tǒng)的狀態(tài)負(fù)反饋和狀態(tài)觀測(cè)器212
6.6.1狀態(tài)負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)配置212
6.6.2狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)213
6.6.3帶狀態(tài)觀測(cè)器的閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)配置216
6.7小結(jié)217
習(xí)題218

第7章最優(yōu)控制原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)/221
7.1最優(yōu)控制的基本概念221
7.1.1最優(yōu)控制問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述221
7.1.2最優(yōu)控制的提法223
7.2變分法基礎(chǔ)225
7.2.1泛函與變分225
7.2.2固定端點(diǎn)的變分問(wèn)題227
7.2.3可變端點(diǎn)的變分問(wèn)題229
7.3應(yīng)用變分法求解最優(yōu)控制問(wèn)題234
7.3.1固定端點(diǎn)的最優(yōu)控制問(wèn)題234
7.3.2可變端點(diǎn)的最優(yōu)控制問(wèn)題237
7.4極大值原理242
7.4.1連續(xù)系統(tǒng)的極大值原理242
7.4.2離散系統(tǒng)的極大值原理244
7.5線性二次型最優(yōu)控制問(wèn)題246
7.5.1線性二次型問(wèn)題247
7.5.2狀態(tài)調(diào)節(jié)器247
7.5.3輸出調(diào)節(jié)器253
7.5.4輸出跟蹤器255
7.6最小時(shí)間系統(tǒng)的控制258
7.7利用MATLAB求解線性二次型最優(yōu)控制問(wèn)題263
7.8小結(jié)266
習(xí)題267

參考文獻(xiàn)/270