現代控制理論(余成波、張蓮、胡曉倩等編著書籍)

《現代控制理論》是2008年1月1日出版的圖書，作者是余成波、張蓮、胡曉倩。

基本介紹

• 書名：現代控制理論
• 作者：余成波、張蓮、胡曉倩。
• 類別：教材
• 頁數：376
• 定價：36元
• 出版社：清華大學出版社 
• 出版時間：2008.1
• 裝幀：平裝
• 開本：16開

書籍信息

作者：余成波、張蓮、胡曉倩等
定價：35元
印次：1-1
ISBN：9787302160731
出版日期：2008.01.01
印刷日期：2008.01.11

內容簡介

本書是一本適應21世紀教學需要的、闡述現代控制理論基礎知識的教材。本書包含了現代控制理論中的主要理論和方法，全書共分7章，著重講述了狀態空間描述的建立、系統定量分析（狀態方程的解）、系統的定性分析（能控性、能觀性、李雅普諾夫穩定性）、系統的綜合（狀態反饋與狀態觀測器設計）以及最優控制的3種基本方法（變分法、最小值原理、動態規劃法）； 並在保證理論知識體系結構完整的前提下，介紹MATLAB在現代控制理論中的套用。

本書由淺入深，論證與實例配合緊密，富有啟發性。全書注意各章節之間內容的銜接及與經典控制理論中有關內容的聯繫，可讀性強，便於課堂教學與自學。主要算法給出了套用MATLAB求解的方法，使讀者通過本書的學習，既能打下紮實的理論基礎，又能掌握套用MATLAB對控制系統進行分析與設計的技能。每章末附有一定數量的習題，主要用以檢驗、理解基本概念以及熟練分析和設計方法。

本書既可作為高等院校自動化、電氣工程等專業本科和非自動化專業研究生教材，也可供從事自動化方面工作的科技人員學習參考。

目錄

第1章緒論1.1控制理論的發展

1.2現代控制理論中的兩個重要概念

1.2.1系統的能控性

1.2.2系統的能觀性

1.3現代控制理論的主要內容

1.4本書研究的主要內容

第2章狀態空間描述

2.1狀態空間分析法

2.1.1動力學系統

2.1.2例子

2.1.3狀態變數和狀態向量

2.1.4狀態空間與狀態空間描述

2.1.5線性定常系統狀態空間描述的一般形式

2.2狀態結構圖

2.2.1狀態結構圖繪製的基本方法

2.2.2一階系統的狀態結構圖

2.2.3三階單輸入單輸出系統的狀態結構圖

2.2.4二輸入二輸出二階系統的狀態結構圖

2.3狀態空間描述的建立

2.3.1由系統結構圖建立狀態空間描述

2.3.2由系統機理建立狀態空間描述

2.4狀態空間描述的標準形式

2.4.1傳遞函式中無零點時的實現

2.4.2傳遞函式有零點時的實現

2.5由狀態空間描述求傳遞函式陣

2.5.1傳遞函式（陣）

2.5.2組合系統的傳遞函式陣

2.6狀態向量的線性變換

2.6.1狀態空間表達式的非唯一性

2.6.2系統特徵值的不變性和系統的不變性

2.6.3狀態空間表達式變換為約當標準型

2.7離散系統的狀態空間描述

2.7.1狀態空間表達式

2.7.2脈衝傳遞（函式）矩陣

2.8狀態空間的MATLAB描述

2.8.1數學模型的建立

2.8.2模型間的轉換

2.8.3組合系統的傳遞函式陣

2.8.4線性變換

本章小結

習題

第3章線性系統的運動分析

3.1線性定常系統狀態方程的齊次解（自由解）

3.1.1冪級數法

3.1.2拉氏變換法

3.2狀態轉移矩陣

3.2.1狀態轉移矩陣的含義

3.2.2狀態轉移矩陣的基本性質

3.2.3幾個特殊的矩陣指數函式

3.2.4狀態轉移矩陣的計算

3.2.5由狀態轉移矩陣求系統矩陣

3.3線性定常系統非齊次狀態方程的解

3.3.1積分法

3.3.2拉氏變換法

3.3.3特定輸入下的狀態回響

3.4線性時變系統的運動分析

3.4.1線性時變系統齊次狀態方程的解

3.4.2狀態轉移矩陣（t，t0）的基本性質

3.4.3狀態轉移矩陣（t，t0）的計算

3.4.4線性時變系統非齊次狀態方程的解

3.4.5線性時變系統的輸出

3.5線性系統的脈衝回響矩陣

3.5.1線性時變系統的脈衝回響矩陣

3.5.2線性定常系統的脈衝回響矩陣

3.5.3傳遞矩陣與脈衝回響矩陣的關係

3.5.4利用脈衝回響矩陣計算控制系統的輸出

3.6連續系統的離散化

3.6.1問題的提出

3.6.2基本假設

3.6.3線性定常系統的離散化

3.6.4近似離散化

3.6.5線性時變系統的離散化

3.7線性離散系統的運動分析

3.7.1線性定常離散系統方程的解

3.7.2線性時變離散系統狀態方程的解

3.8基於MATLAB的運動分析

3.8.1基於MATLAB的線性定常系統的運動分析

3.8.2基於MATLAB的線性離散系統的運動分析

本章小結

習題

第4章系統的能控性與能觀性

4.1線性定常系統能控性定義及判據

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

4.1.4輸出能控性及判據

4.2線性定常系統能觀性定義及判據

4.2.1能觀性基本概念

4.2.2能觀性定義

4.2.3能觀性判據

4.3線性時變系統的能控性與能觀性

4.3.1線性時變系統的能控性判據

4.3.2線性時變系統的能觀性判據

4.4離散定常系統的能控性與能觀性

4.4.1離散定常系統能控性定義及判據

4.4.2離散定常系統能觀性定義及判據

4.4.3連續系統的能控性、能觀性與離散系統的能控性、能觀性之間的關係

4.5對偶原理

4.5.1線性系統的對偶關係

4.5.2對偶原理

4.6能控標準型與能觀標準型

4.6.1單輸入系統的能控標準型

4.6.2單輸出系統的能觀測標準型

4.7系統的結構分解

4.7.1基本概念

4.7.2按能控性分解

4.7.3按能觀性分解

4.7.4標準分解

4.8傳遞函式陣的實現

4.8.1實現的基本概念

4.8.2多輸入多輸出系統的能控性與能觀性實現

4.8.3最小實現

4.9傳遞函式與能控性和能觀性之間的關係

4.9.1單輸入單輸出系統能控性、能觀性與傳遞函式之間的關係

4.9.2多輸入多輸出系統的能控性、能觀性與傳遞函式陣之間的關係

4.10利用MATLAB分析能控性與能觀性

4.10.1常用函式

4.10.2控制實例

本章小結

習題

第5章控制系統的穩定性

5.1外部穩定性與內部穩定性

5.1.1外部穩定性

5.1.2內部穩定性

5.2Lyaponov定義下的穩定性

5.2.1系統的平衡狀態

5.2.2狀態矢量範數

5.2.3Lyaponov意義下的穩定性定義

5.2.4外部穩定性與內部穩定性之間的關係

5.3Lyaponov判穩第一法

5.3.1線性定常系統的穩定性分析

5.3.2線性時變系統的穩定性分析

5.3.3非線性系統的穩定性分析

5.4Lyaponov判穩第二法

5.4.1Lyaponov第二法的基本思想

5.4.2標量函式V（x）的符號性質（Sign）

5.4.3二次型標量函式的符號性質

5.4.4Lyaponov第二法的穩定性判據

5.5Lyaponov法線上性系統中的套用

5.5.1Lyaponov矩陣方程

5.5.2Lyaponov矩陣方程線上性定常系統穩定性判別中的套用

5.5.3基於Lyaponov第二法的線性時變系統的穩定性分析

5.5.4線性定常離散系統的穩定性

5.5.5用Lyaponov函式估算系統回響的快速性

5.6Lyaponov第二法在非線性系統中的套用

5.6.1克拉索夫斯基法

5.6.2阿塞爾曼法

5.7基於Lyaponov第二法的參數最優問題

5.7.1線性二次型最優控制問題

5.7.2參數最優問題的Lyaponov第二法的解法

5.8基於Lyaponov第二法的模型參考控制系統

5.8.1模型參考控制系統

5.8.2控制器的設計

5.9基於MATLAB的穩定性分析

5.9.1穩定性分析的常用函式

5.9.2基於MATLAB的穩定性分析實例

本章小結

習題

第6章系統的綜合

6.1基本概念

6.1.1引言

6.1.2性能指標的類型

6.1.3線性反饋系統的基本結構

6.2極點配置與狀態反饋

6.2.1期望極點對系統動態性能的影響

6.2.2狀態反饋與極點配置

6.2.3單變數系統極點配置定理

6.2.4狀態反饋下閉環系統的鎮定問題

6.3輸出反饋

6.3.1輸出反饋至矩陣B後端

6.3.2輸出反饋至矩陣B前端

6.3.3狀態反饋與輸出反饋的比較

6.4狀態重構與狀態觀測器

6.4.1開環狀態觀測器

6.4.2閉環全維狀態觀測器

6.4.3配置狀態觀測器反饋增益矩陣G的方法

6.4.4降維狀態觀測器

6.5帶狀態觀測器的狀態反饋系統

6.5.1系統的結構與數學模型

6.5.2閉環系統的基本特性

6.5.3具有降階觀測器的觀測狀態反饋控制系統

6.6解耦控制系統

6.6.1系統解耦基本原理

6.6.2用前饋補償器實現解耦

6.6.3用串聯補償器實現解耦控制

6.6.4用輸入變換和狀態反饋實現解耦控制

6.6.5解耦系統的綜合控制

6.7穩態精度與漸近跟蹤

6.7.1穩態精度與跟蹤問題

6.7.2內模原理

6.7.3無靜差跟蹤控制系統的設計

6.7.4倒立擺的無靜差（Ⅰ型）位置跟蹤系統設計

6.8基於MATLAB的系統綜合

6.8.1常用函式指令

6.8.2套用舉例

本章小結

習題

第7章最優控制

7.1基本概念

7.2變分法在最優控制中的套用

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連續系統的極小值原理

7.3.2離散系統的極小值原理

7.4動態規劃

7.4.1最優性原理

7.4.2離散系統的動態規劃

7.4.3連續系統的動態規劃

7.4.4變分法、極小值原理與動態規劃

7.5線性二次型最優控制

7.5.1線性二次型問題

7.5.2狀態調節器

7.5.3輸出調節器

7.5.4輸出跟蹤問題

7.6實用最優控制系統

7.6.1電機拖動控制

7.6.2人造地球衛星姿態控制

7.6.3二級倒立擺控制

7.7運用MATLAB求解最優控制問題舉例

本章小結

習題

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軟體中常用控制指令說明

參考文獻