現代控制理論

“現代控制理論”是自動化及其相關專業本科生的一門重要的專業基礎課程。胡皓、王春俠、任鳥飛編著的這本《現代控制理論》適應工程與應用類院校自動化、電氣工程及其自動化、測控技術與儀器及相近專業的需要，力圖結合系統的物理概念，深入淺出地闡述現代控制理論的最基本內容，包括狀態空間的基本概念和分析方法，系統的狀態空間描述和各種標準型，系統的運動分析，能控性與能觀測性，結構分解和實現問題，以及系統的穩定性分析、狀態反饋和狀態觀測器等；最後通過工程應用實例，歸納和總結狀態空間的分析方法和具體應用。

本書敍述深入淺出，理論聯繫實際，儘可能從實際背景的分析中提出要討論的問題、概念和方法。在介紹系統分析和控制系統設計方法的同時，適當地給出了相應的MATLAB函數，便於讀者利用MATLAB軟件來有效求解控制系統的一些計算和仿真問題，以加深對概念和方法的理解。

本書既適用於電氣信息類各專業及其他相關專業作為教材使用，也適用於在職人員和廣大讀者自學深造使用。另外，本書配有電子課件，歡迎選用本書作教材的老師索取。 ^[1] 

緒論

第1章線性控制系統的狀態空間描述

1.1狀態空間模型

1.1.1引例

1.1.2狀態空間的基本概念

1.1.3系統的狀態空間表達

1.1.4狀態結構圖

1.2動態系統狀態空間表達式的建立

1.3由系統微分方程求狀態空間表達式

1.3.1系統輸入量不含有導數項

1.3.2系統輸入量含有導數項

1.4由狀態空間表達式求傳遞函數

1.4.1單輸入單輸出系統的傳遞函數

1.4.2多輸入多輸出系統傳遞函數陣

1.5狀態矢量的線性變換

1.5.1線性非奇異變換

1.5.2系統的特徵根、特徵向量與傳遞函數矩陣

1.5.3一般型轉化為對角標準型

1.6離散系統的狀態空間表示

1.6.1由差分方程或脈衝傳遞函數建立動態方程

1.6.2離散系統的傳遞函數陣

1.7利用MATLAB進行系統模型之間的相互轉換

本章小結

習題

第2章線性控制系統的運動分析

2.1線性定常系統狀態方程的解

2.1.1齊次狀態方程的求解

2.1.2狀態轉移矩陣

2.1.3非齊次狀態方程的求解

2.2特定輸入下的狀態響應

2.3凱萊哈密爾頓(CaleyHamilton)定理

2.4連續系統的時間離散化

2.4.1連續時間線性系統的離散化模型

2.4.2連續時間線性系統近似離散化模型

2.5線性離散系統的運動分析

2.5.1迭代法

2.5.2z變換法求解

2.6利用MATLAB計算矩陣指數

2.6.1利用MATLAB 符號工具箱計算矩陣指數

2.6.2求線性系統的狀態響應

本章小結

習題

第3章線性系統的能控性與能觀測性

3.1線性定常連續系統的能控性

3.1.1能控性定義

3.1.2判別系統能控性的方法

3.1.3輸出能控性

3.2線性連續系統的能觀測性

3.2.1能觀測性定義

3.2.2判別系統能觀測性的方法

3.3能控性和能觀測性與傳遞函數零極點的關係

3.4對偶原理

3.4.1線性系統的對偶關係

3.4.2對偶系統的性質

3.4.3對偶原理

3.5能控標準型和能觀測標準型

3.5.1單輸入系統的能控標準型

3.5.2單輸出系統的能觀測標準型

3.6系統的結構分解

3.6.1按能控性分解

3.6.2按能觀測性分解

3.6.3按能控和能觀測性分解

3.7傳遞函數陣的實現問題

3.7.1定義和基本特性

3.7.2能控標準型實現和能觀測標準型實現

3.7.3最小實現

3.8離散系統的能控性與能觀測性

3.8.1離散系統的能控性

3.8.2離散系統的能觀測性

3.3.3連續系統離散化後的能控性與能觀測性

3.9利用MATLAB分析系統的能控性和能觀測性

本章小結

習題

第4章線性定常系統的綜合

4.1狀態反饋控制系統的基本結構及其特點

4.1.1狀態反饋的基本結構

4.1.2狀態反饋的特點

4.1.3狀態反饋極點配置

4.2輸出反饋的極點配置

4.2.1輸出反饋

4.2.2輸出反饋的特點

4.2.3輸出反饋極點配置

4.3狀態觀測器

4.3.1觀測器的模型

4.3.2觀測器的設計方法

4.3.3降維觀測器

4.4帶有狀態觀測器的狀態反饋

4.4.1系統的結構與數學模型

4.4.2系統的基本特性

4.5解耦控制

4.5.1多變量系統的耦合關係

4.5.2串聯補償器解耦

4.6MATLAB在系統綜合上的應用

4.6.1採用MATLAB 實現極點配置

4.6.2狀態觀測器設計

4.6.3帶有狀態觀測器的閉環狀態反饋系統

本章小結

習題

第5章控制系統的穩定性分析

5.1動態系統的外部穩定性

5.2動態系統的內部穩定性

5.2.1平衡狀態

5.2.2狀態矢量的範數

5.2.3Lyapunov意義下的穩定性

5.3Lyapunov穩定性理論

5.3.1預備知識

5.3.2Lyapunov第一法

5.3.3Lyapunov第二法

5.3.4克拉索夫斯基方法

5.4線性系統的Lyapunov穩定性分析

5.4.1連續系統的Lyapunov穩定性分析

5.4.2離散系統的Lyapunov穩定性分析

5.5MATLAB在線性系統穩定性分析中的應用

5.5.1Lyapunov第一法

5.5.2Lyapunov第二法

5.5.3MATLAB在線性定常離散系統穩定性分析中的應用

本章小結

習題

第6章其他控制方法

6.1模型參考控制系統分析

6.2最優控制

6.2.1最優控制的性能指標

6.2.2二次型性能指標的最優控制

6.2.3參數最佳問題的Lyapunov第二法的解法

6.2.4二次型最佳控制問題

6.3用MATLAB 解二次型最優控制問題

本章小結

習題

第7章工程應用實例

7.1倒立擺系統的控制

7.1.1倒立擺系統簡介

7.1.2數學模型

7.1.3系統的可控性分析

7.1.4系統階躍響應分析

7.1.5極點配置

7.1.6線性二次最優控制

7.2汽車懸架系統控制

7.2.1汽車懸架系統的簡化模型

7.2.2汽車懸架的開環控制

7.2.3汽車懸架的狀態反饋控制

7.3磁盤驅動器讀寫磁頭的定位控制

7.3.1磁盤存儲器的工作原理

7.3.2磁盤驅動器的動態特性分析

7.3.3磁盤驅動器的狀態空間分析

7.3.4參數變化及擾動作用時磁盤驅動器的分析

7.3.5要求具體指標時磁盤驅動器的分析

7.3.6帶有速度反饋的磁盤驅動器磁頭系統分析

7.3.7PID控制的磁盤驅動器磁頭系統的分析

7.3.8磁盤驅動器磁頭系統的頻率法分析

7.3.9磁盤驅動器磁頭系統的狀態空間分析

7.4電動機車驅動控制

本章小結

參考文獻