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第1章 绪论1

1.1 控制理论的发展过程1

1.1.1 控制理论的发展阶段1

1.1.2 经典控制理论与现代控制理论的关系3

1.2 现代控制理论的主要内容4

1.2.1 现代控制理论的主要分支4

1.2.2 现代控制理论的应用现状5

本章小结6

第2章 线性控制系统的状态空间描述7

2.1 状态空间表达式7

2.1.1 状态空间的基本概念7

2.1.2 状态空间表达式8

2.1.3 状态空间表达式的模拟结构图10

2.1.4 实例分析12

2.2 状态空间表达式的建立13

2.2.1 从系统机理出发建立状态空间表达式13

2.2.2 由传递函数建立状态空间表达式16

2.2.3 由方框图建立状态空间表达式24

2.3 状态向量的线性变换（坐标变换）26

2.3.1 状态空间表达式的线性变换26

2.3.2 线性变换的性质27

2.3.3 约当标准型29

2.4 状态空间表达式与传递函数矩阵34

2.4.1 单输入-单输出系统34

2.4.2 多输入-多输出系统35

2.4.3 传递函数矩阵不变性36

2.4.4 组合系统的传递函数矩阵36

2.5 离散时间系统的状态空间表达式39

2.5.1 将差分方程转换为状态空间表达式39

2.5.2 离散系统的传递函数矩阵40

2.6 基于MATLAB方法的系统状态空间描述41

2.6.1 状态空间模型的建立41

2.6.2 状态空间方程与传递函数矩阵的变换43

2.6.3 系统状态空间表达式的线性变换44

2.6.4 标准型的变换45

本章小结47

习题47

第3章 控制系统状态方程的解50

3.1 线性定常齐次状态方程的解50

3.1.1 齐次状态方程解的定义50

3.1.2 状态转移矩阵51

3.1.3 状态转移矩阵的计算54

3.2 线性定常非齐次状态方程的解58

3.2.1 非齐次状态方程的解58

3.2.2 拉氏变换法求解60

3.3 线性定常离散系统状态方程的解61

3.3.1 线性连续系统的时间离散化61

3.3.2 离散系统状态空间方程的解63

3.4 基于MATLAB求解系统状态空间表达式66

3.4.1 计算状态转移矩阵67

3.4.2 求线性系统的状态响应67

本章小结69

习题69

第4章 线性控制系统的能控性和能观性71

4.1 线性定常连续系统的能控性71

4.1.1 能控性定义71

4.1.2 能控性判据73

4.1.3 能控标准型78

4.1.4 输出能控性81

4.2 线性定常连续系统的能观性81

4.2.1 能观性定义82

4.2.2 能观性判据83

4.2.3 能观标准型88

4.3 线性定常离散系统的能控性与能观性90

4.3.1 离散系统的能控性90

4.3.2 离散系统的能观性92

4.4 对偶原理93

4.4.1 对偶系统93

4.4.2 对偶原理94

4.5 线性定常系统的结构分解96

4.5.1 按能控性进行结构分解96

4.5.2 按能观性进行结构分解99

4.5.3 按能控能观性进行结构分解101

4.6 系统的实现问题104

4.6.1 实现问题的基本概念105

4.6.2 能控型实现和能观型实现105

4.6.3 最小实现110

4.7 传递函数中零极点对消与能控性能观性的关系115

4.8 基于MATLAB分析系统的能控性和能观性117

本章小结119

习题119

第5章 控制系统的稳定性分析122

5.1 李雅普诺夫关于稳定性的定义122

5.1.1 系统平衡状态122

5.1.2 李雅普诺夫稳定性定义123

5.2 李雅普诺夫第一法126

5.2.1 线性系统的稳定判据126

5.2.2 非线性系统的稳定性127

5.3 李雅普诺夫第二法128

5.3.1 预备知识129

5.3.2 几个稳定性判据131

5.3.3 关于李雅普诺夫函数的讨论135

5.4 李雅普诺夫方法在线性系统中的应用136

5.4.1 线性定常连续系统渐近稳定判据136

5.4.2 线性定常离散系统渐近稳定判据139

5.5 MATLAB在线性系统稳定性分析中的应用141

5.5.1 MATLAB在线性定常连续系统稳定性分析中的应用141

5.5.2 MATLAB在线性定常离散系统稳定性分析中的应用145

本章小结148

习题149

第6章 控制系统的状态空间综合150

6.1 线性反馈控制系统的基本结构150

6.1.1 状态反馈150

6.1.2 输出反馈151

6.1.3 输出到状态向量导数的反馈152

6.1.4 线性反馈的性质152

6.1.5 闭环系统的能控性和能观性153

6.2 极点配置154

6.2.1 状态反馈实现极点配置154

6.2.2 输出反馈实现极点配置158

6.2.3 从输出到状态导数的反馈实现极点配置159

6.3 系统解耦160

6.3.1 解耦的定义160

6.3.2 前馈补偿器解耦161

6.3.3 状态反馈解耦162

6.4 状态观测器165

6.4.1 观测器的定义165

6.4.2 观测器的设计方法167

6.4.3 降维观测器168

6.5 基于状态观测器的状态反馈系统173

6.5.1 系统结构173

6.5.2 闭环系统的基本特性174

6.6 MATLAB在系统综合中的应用176

6.6.1 用MATLAB实现极点配置176

6.6.2 状态观测器设计178

6.6.3 带有状态观测器的闭环状态反馈系统179

本章小结181

习题181

第7章 最优控制系统183

7.1 最优控制的一般概念183

7.1.1 最优控制问题183

7.1.2 最优控制的性能指标184

7.1.3 二次型性能指标的最优控制185

7.1.4 最优控制的研究方法187

7.2 线性二次型最优控制问题187

7.2.1 基于李雅普诺夫第二法的最优控制系统188

7.2.2 参数最优问题的李雅普诺夫第二法解法188

7.2.3 二次型最优控制问题190

7.3 基于MATLAB求解线性二次型最优控制问题194

本章小结198

习题198

参考文献200