现代控制理论是建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个重要组成部分。本书反映当前技术发展的主流和趋势，以加强基础、突出处理问题的思维方法、培养学生分析问题和解决问题的能力为原则，详细介绍了基于状态空间模型的线性系统分析和综合方法，包括状态空间模型的建立、系统的动态分析、系统的能控性和能观性、极点配置、状态观测器设计、稳定性理论和李雅普诺夫方法，简单介绍了状态估计与卡尔曼滤波、系统辨识和自适应控制的基本理论与内容。在介绍系统分析和控制系统设计方法的同时，适当地给出了相应的MATLAB函数和工程应用举例，便于读者利用MATLAB软件来求解控制系统的一些计算和仿真问题。
高等学校自动化及其相关专业师生
前言
绪论
01控制理论的发展回顾
02现代控制理论的研究范围及分支
03经典控制理论与现代控制理论的研究与比较
04设计一个控制系统的基本步骤
05MATLAB仿真平台
06本书的内容和特点
第1章控制系统的状态空间描述
11状态空间的基本概念
111系统的基本概念
112系统数学描述的基本概念
113系统状态描述的基本概念
12控制系统的状态空间表达式
121状态空间表达式
122状态空间表达式的一般形式
123状态空间表达式的矢量结构图
124状态空间表达式的模拟结构图
13控制系统状态空间表达式的建立
131由系统框图建立状态空间表达式
132由机理法建立状态空间表达式
133由传递函数或微分方程建立状态空间表达式
14线性系统的传递函数阵
141由状态空间表达式求传递函数阵
142组合系统的传递函数阵
15线性系统的数学模型变换
151状态向量的线性变换
152系统特征值与特征向量
153通过线性变换将状态空间表达式化为标准型
154传递函数的并联型实现
16离散系统的状态空间描述
161离散系统的状态空间表达式
162由差分方程建立状态空间表达式
163脉冲传递函数的并联型实现
164由离散系统状态空间表达式求脉冲传递函数阵
17非线性系统局部线性化后的状态空间表达式
18MATLAB在系统数学模型中的应用
181线性系统的数学模型
182传递函数模型与状态空间模型的相互转换
183线性系统的线性变换
习题
上机练习题
第2章线性系统状态方程的解
21线性定常系统状态方程的解
211线性定常系统齐次状态方程的解
212线性定常系统状态转移矩阵的运算性质
213线性定常系统状态转移矩阵的计算方法
214线性定常系统非齐次状态方程的解
22线性时变系统状态方程的解
221线性时变系统齐次状态方程的解
222线性时变系统状态转移矩阵的运算性质
223线性时变系统状态转移矩阵的计算方法
224线性时变系统非齐次状态方程的解
23离散时间系统状态方程的解
231迭代法求解线性离散状态方程
232Z反变换法求解线性定常离散状态方程
24连续状态方程的离散化
241线性定常连续状态方程的离散化
242线性时变连续状态方程的离散化
243近似离散化
25MATLAB在线性系统动态分析中的应用
251MATLAB求解线性定常系统的状态转移矩阵
252MATLAB求解定常系统时间响应
253MATLAB变换连续状态空间模型为离散状态空间模型
习题
上机练习题
第3章线性系统的能控性和能观性
31线性连续系统的能控性
311能控性定义
312线性定常连续系统的能控性判据
313线性时变连续系统的能控性判据
32线性连续系统的能观性
321能观性定义
322线性定常连续系统的能观性判据
323线性时变连续系统的能观性判据
33线性离散系统的能控性和能观性
331线性离散系统能控性定义
332线性定常离散系统能控性判据
333线性离散系统能观性定义
334线性定常离散系统能观性判据
34线性系统能控性和能观性的对偶关系
341对偶系统
342对偶原理
35能控标准型和能观标准型
351单输入系统的能控标准型
352单输出系统的能观标准型
36线性系统的结构分解
361按约当标准型分解
362按能控性分解
363按能观性分解
364按能控能观性分解
37传递函数矩阵的实现问题
371实现问题的基本概念
372系统的标准型实现
373传递函数矩阵的小实现
374传递函数矩阵与能控性和能观性的关系
38MATLAB在能控性和能观性分析中的应用
习题
上机练习题
第4章稳定性理论与李雅普诺夫方法
41稳定性基本概念
411外部稳定性
412内部稳定性
413外部稳定性与内部稳定性间的关系
42李雅普诺夫稳定性的基本概念
421平衡状态
422范数
423李雅普诺夫稳定性的定义
43李雅普诺夫间接法
431线性系统的稳定判据
432非线性系统的稳定判据
44李雅普诺夫直接法
441李雅普诺夫直接法的基本思想
442二次型函数及其定号性
443李雅普诺夫稳定性定理
45李雅普诺夫直接法在线性时不变系统中的应用
451连续系统的李雅普诺夫稳定性分析
452离散系统的李雅普诺夫稳定性分析
46李雅普诺夫直接法在线性时变系统中的应用
461连续系统的李雅普诺夫稳定性分析
462离散系统的李雅普诺夫稳定性分析
47李雅普诺夫直接法在非线性系统中的应用
471雅可比矩阵法
472变量梯度法
48MATLAB在系统稳定性分析中的应用
习题
上机练习题
第5章线性时不变系统的综合
51线性时不变系统反馈控制的结构及特性
511状态反馈
512输出反馈
513从输出到状态向量导数x·的反馈
514动态补偿器
515反馈控制对系统能控性和能观性的影响
52闭环极点配置
521采用状态反馈
522采用输出反馈
523采用从输出到状态向量导数x·的反馈
53系统镇定问题
54系统解耦问题
541前馈补偿器解耦
542串联补偿器解耦
543状态反馈解耦
55状态观测器
551状态观测器定义
552状态观测器存在条件
553全维观测器设计
554降维状态观测器设计
56带状态观测器的状态反馈系统
561闭环控制系统的结构与状态空间表达式
562闭环控制系统的基本特性
563带观测器的状态反馈系统与带补偿器的输出反馈系统的等价性
57利用MATLAB实现系统的综合
571利用MATLAB进行闭环系统极点配置
572利用MATLAB设计全维状态观测器
573利用MATLAB设计降维状态观测器
574带状态观测器的系统极点配置
58工程应用举例
581稳态精度与跟踪问题
582车载倒立摆控制系统设计
583Truck-Trailer控制系统设计
习题
上机练习题
第6章现代控制理论其他专题
61优控制
611优控制概述
612泛函及其极值——变分法
613变分法在优控制中的应用
614极小值原理及其应用
615线性二次型优控制问题
616MATLAB在优控制中的应用
62状态估计与卡尔曼滤波
621状态估计与卡尔曼滤波概述
622小二乘估计法
623小方差估计法
624线性小方差估计法
625卡尔曼滤波算法
626MATLAB在状态估计与卡尔曼滤波中的应用
63系统辨识
631系统辨识概述
632系统参数辨识
633模型阶次的辨识
634MATLAB在系统辨识中的应用
64自适应控制
641自适应控制概述
642模型参考自适应控制
643自校正控制器
644MATLAB在自适应控制中的应用
习题
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