現(xiàn)代控制理論基礎

前言

　　“現(xiàn)代控制理論基礎”課程是自動化專業(yè)本科生教學計劃中的一門專業(yè)課，它是建立在一些技術(shù)基礎課，特別是“自動控制原理”課程之上的重要課程。它應緊密聯(lián)系“自動控制原理”課程并充分反映“現(xiàn)代的”自動控制理論。為了適應擴寬專業(yè)知識面、優(yōu)化整體自動化的教學體系，目前很需要一本新的教材?！　”緯饕獮楦叩葘W校本科自動化專業(yè)編寫，由上海交通大學電子信息與電氣工程學院施頌椒、陳學中和杜秀華三位老師分工執(zhí)筆，參考全國高等學校自動化專業(yè)“現(xiàn)代控制理論”課程的大綱要求編寫。三位作者先后都擔任這門課程的教學工作許多年，也從事這方面的研究工作。他們總結(jié)多年從事現(xiàn)代控制理論基礎課程教學和科研的經(jīng)驗，故本書內(nèi)容的科學性、系統(tǒng)性已趨于完善和成熟。　　“現(xiàn)代控制理論基礎”課程理論性強，要應用較多的數(shù)學知識，內(nèi)容抽象。為了使學生掌握現(xiàn)代控制理論基礎的基本概念、基本原理和主要算法，本書作者做了許多深入細致的教學研究工作。該書有如下特點值得強調(diào)和肯定：　?。?）本書包含了現(xiàn)代控制理論基礎的主要理論，如穩(wěn)定性理論、能控性和能觀性理論、極點配置理論和狀態(tài)觀測器理論，對這些理論均作了精確的闡述和嚴格的證明?！　。?）本書力求做到深入淺出，并注重對物理概念的敘述，使學生容易理解。為使理論易于接受與掌握，在敘述上，盡量通過實例來說明其應用。　?。?）精選內(nèi)容，注重應用，盡可能多選工程實用算法。重點討論了線性定常系統(tǒng)的分析和設計算法，不僅介紹單變量系統(tǒng)的算法，而且也介紹多變量系統(tǒng)的算法?？紤]到計算機的廣泛應用。適當介紹線性時間離散系統(tǒng)的內(nèi)容。在分析與設計的算法中，不僅給出一般的算法，同時也介紹一些實用的算法和手段，以便進行工程近似算法。

內(nèi)容概要

　　《現(xiàn)代控制理論基礎》包含了現(xiàn)代控制理論基礎的主要理論和方法，圍繞系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設計，介紹系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述基本概念和求解、穩(wěn)定性、能控性和能觀性、極點配置和狀態(tài)觀測器，以及最優(yōu)控制理論中最基本的線性二次型最優(yōu)控制方法，對這些理論均作了精確的闡述和嚴格的證明，著重闡述各種分析、設計算法及其應用?！艾F(xiàn)代控制理論基礎”是高等學校本科自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課?！冬F(xiàn)代控制理論基礎》為高等學校自動化專業(yè)編寫，以自動控制系統(tǒng)為研究對象系統(tǒng)地講述線性系統(tǒng)理論，適當介紹線性二次型最優(yōu)控制方法，是進一步學習研究現(xiàn)代控制理論的基礎?！　　艾F(xiàn)代控制理論基礎”的理論性強，應用較多的數(shù)學知識，內(nèi)容抽象。為了便于讀者理解和掌握現(xiàn)代控制理論基礎的主要理論和方法，《現(xiàn)代控制理論基礎》力求做到：精選內(nèi)容，注重應用，盡可能多選工程實用算法，在各章均介紹了MATLAB相關(guān)應用的命令和例子；引進了作者們近年來的研究成果，在多變量系統(tǒng)的綜合中，提供了適用于系統(tǒng)綜合的西爾維斯特（Sylvestcr）矩陣方程的簡捷解法，將狀態(tài)反饋、狀態(tài)觀測器及降維觀測器設計統(tǒng)一于同一的框架下，還有應用最優(yōu)化技術(shù)綜合系統(tǒng)的方法等；每一章均編排有相當數(shù)量的習題，由淺人深地分檔安排，并將它們分為練習題、深入題、實際題和MATLAB題；在內(nèi)容敘述上深入淺出，注重對物理概念的敘述。　　《現(xiàn)代控制理論基礎》可作各類高等學校自動化專業(yè)本科及有關(guān)專業(yè)研究生的教材，也可供從事這一專業(yè)的科研、工程技術(shù)人員以及高等院校教師參考。

書籍目錄

第一章 線性系統(tǒng)的數(shù)學描述1．1 引言1．2 線性系統(tǒng)的輸入輸出描述1．2．1 系統(tǒng)的輸入輸出描述的一般表達式1．2．2 線性系統(tǒng)的單位脈沖響應陣1．2．3 線性定常系統(tǒng)的單位脈沖響應陣1．2．4 線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)陣1．3 線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述1．3．1 狀態(tài)變量、狀態(tài)向量和狀態(tài)空間1．3．2 狀態(tài)空間的基底及基底變換1．3．3 系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述1．3．4 狀態(tài)空間描述中的線性性和定常性1．3．5 非線性系統(tǒng)的線性化1．3．6 由狀態(tài)空間描述求傳遞函數(shù)陣1．3．7 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)空間描述的模擬計算機仿真及方塊圖1．3．8 線性系統(tǒng)的狀態(tài)信號流圖模型1．3．9 根據(jù)物理機理推導狀態(tài)空間描述1．3．10 用MATLAB進行系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換1．3．11 狀態(tài)空間描述的小結(jié)1．4 系統(tǒng)狀態(tài)空間描述的等價變換1．4．1 線性系統(tǒng)狀態(tài)空間描述的等價變換1．4．2 線性系統(tǒng)狀態(tài)空間描述的等價變換的性質(zhì)1．4．3 對角線標準型和約當標準型狀態(tài)空間描述1．5 線性定常組合系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述1．5．1 并聯(lián)連接的組合系統(tǒng)1．5．2 串聯(lián)連接的組合系統(tǒng)1．5．3 反饋連接的組合系統(tǒng)1．5．4 MATLAB在組合系統(tǒng)計算中的應用小結(jié)習題第二章 線性系統(tǒng)的狀態(tài)響應和輸出響應2．1 線性系統(tǒng)響應的特點2．1．1 問題的提出2．1．2 線性系統(tǒng)響應的特點2．2 線性系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣及其性質(zhì)2．2．1 線性系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣2．2．2 線性系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì)2．3 線性時變系統(tǒng)的響應2．3．1 線性時變系統(tǒng)的狀態(tài)響應2．3．2 線性時變系統(tǒng)的輸出響應2．3．3 線性時變系統(tǒng)的單位脈沖響應陣2．4 線性定常系統(tǒng)的響應2．4．1 線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣2．4．2 線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)響應2．4．3 矩陣指數(shù)函數(shù)eAt計算2．4．4 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)響應舉例2．4．5 線性定常系統(tǒng)的單位脈沖響應2．4．6 線性定常系統(tǒng)的輸出響應2．4．7 用MATLAB求線性定常系統(tǒng)的響應2．5 線性離散系統(tǒng)的響應2．5．1 線性連續(xù)時變系統(tǒng)時間離散化的狀態(tài)空間描述2．5．2 線性連續(xù)定常系統(tǒng)時間離散化的狀態(tài)空間描述2．5．3 線性時變離散系統(tǒng)的響應2．5．4 MATLAB在線性離散系統(tǒng)中的應用小結(jié)習題第三章 系統(tǒng)的穩(wěn)定性3．1 線性系統(tǒng)的外部穩(wěn)定性3．1．1 單變量線性系統(tǒng)的13113(）穩(wěn)定性3．1．2 多變量線性系統(tǒng)的I3IIB(）穩(wěn)定性3．2 系統(tǒng)的內(nèi)部穩(wěn)定性3．2．1 系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定性的基本概念3．2．2 線性定常連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定性特征值判據(jù)3．2．3 線性定常離散系統(tǒng)穩(wěn)定性特征值判據(jù)3．2．4 用MATLArt求系統(tǒng)特征值3．3．李雅普諾夫判定穩(wěn)定性方法3．3．1 李雅普諾夫第二法3．3．2 預備知識3．3．3 李雅普諾夫穩(wěn)定性判據(jù)3．3．4 線性定常系統(tǒng)的李雅普諾夫方程穩(wěn)定性判據(jù)3．3．5 線性定常離散系統(tǒng)的李雅普諾夫方程穩(wěn)定性判據(jù)3．3．6 用MATLAB求解李雅普諾夫方程3．3．7 李雅普諾夫函數(shù)的規(guī)則化構(gòu)造方法3，3．8 線性化間接判定法小結(jié)習題第四章 線性系統(tǒng)的能控性和能觀性4．1 線性定常系統(tǒng)的能控性4．1．1 能控性定義4．1．2 線性定常系統(tǒng)的能控性判據(jù)4．2 線性定常系統(tǒng)的能觀性4．2．1 能觀性定義4．2．2 線性定常系統(tǒng)的能觀性判據(jù)4．3 線性時變系統(tǒng)的能控性和能觀性4．3．1 線性時變系統(tǒng)的能控性4．3．2 線性時變系統(tǒng)的能觀性4．4 離散時間系統(tǒng)的能控性和能觀性4．4．1 離散系統(tǒng)的能控性4．4．2 離散系統(tǒng)的能觀性4．4．3 對原點的能控性和能達性4．4．4 離散化系統(tǒng)的能控性和能觀性4．5 能控性與能觀性的對偶關(guān)系4．5．1 線性定常系統(tǒng)的對偶關(guān)系4．5．2 對偶原理4．5．3 時變系統(tǒng)的對偶原理4．6 能控標準型和能觀標準型4．6．1 單輸入單輸出系統(tǒng)的標準型4．6．2 多輸入多輸出系統(tǒng)的標準型4．7 線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解4．7．1 按能控性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解4．7．2 按能觀性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解4．7．3 按能控性和能觀性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解小結(jié)習題第五章 最小實現(xiàn)5．1 引言5．2 實現(xiàn)和最小實現(xiàn)5．2．1 G(s）可實現(xiàn)的條件5．2．2 最小實現(xiàn)的性質(zhì)5．3 線性定常系統(tǒng)的最小實現(xiàn)5．3．1 單變量系統(tǒng)的最小實現(xiàn)5．3．2 向量傳遞函數(shù)(向量正則有理函數(shù)）的實現(xiàn)5．3．3 用MATLAB求系統(tǒng)的最小實現(xiàn)小結(jié)習題第六章 狀態(tài)反饋和狀態(tài)觀測器6．1 引言6．2 反饋系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述6．2．1 狀態(tài)反饋系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述6．2．2 輸出反饋系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述6．3 狀態(tài)反饋系統(tǒng)的能控性和能觀性6．4 狀態(tài)反饋極點配置6．4．1 狀態(tài)反饋極點配置定理6．4．2 單輸入系統(tǒng)6．4．3 多輸入系統(tǒng)6．5 狀態(tài)反饋在系統(tǒng)綜合中的其他應用6．5．1 系統(tǒng)鎮(zhèn)定問題6．5．2 系統(tǒng)解耦問題6．5．3 漸近跟蹤與干擾抑制問題6．6 狀態(tài)觀測器6．6．1 狀態(tài)重構(gòu)(估計）6．6．2 全維狀態(tài)觀測器6．6．3 狀態(tài)觀測器(A—LC）的特征值可以任意配置的條件6．6．4 狀態(tài)觀測器的設計算法6．6．5 降維狀態(tài)觀測器6．7 帶狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)6．7．1 帶狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)6．7．2 分離性原理6．7．3 狀態(tài)觀測器期望特征值的配置原則6．8 輸出反饋控制及最優(yōu)逼近法在系統(tǒng)綜合中的應用6．8．1 輸出反饋控制系統(tǒng)的能控性和能觀性6．8．2 輸出反饋的極點配置問題6．8．3 輸出反饋控制系統(tǒng)特征值配置的最優(yōu)逼近法6．8．4 優(yōu)化設計法在魯棒控制器設計中的應用6．9 線性二次型最優(yōu)控制6．9．1 線性二次型最優(yōu)控制問題6．9．2 有限時間線性連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)節(jié)器問題6．9．3 無限時間線性定常系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)節(jié)器小結(jié)習題參考文獻

編輯推薦

　　本書是高等學校教材，本書從控制系統(tǒng)實際出發(fā)，建立現(xiàn)代控制理論基礎的基本概念，闡述基本原理和推導算法。對于現(xiàn)代控制理論基礎中的基本概念和理論的闡述，力求做到嚴格正確，使讀者能正確理解和深入掌握?，F(xiàn)代控制理論基礎理論性強，應用較多的數(shù)學知識，所以內(nèi)容抽象。在敘述上力求做到深入淺出，理論聯(lián)系實際，通過實例，尤其是實際系統(tǒng)例子來說明其應用，使理論易于接受與掌握。對涉及的數(shù)學知識，除了矩陣理論外，均在需要應用時預先加以介紹，使之學以致用。

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