现代控制理论及应用

本书共7章，主要介绍现代控制理论的基本知识，包括系统的状态空间表达式的建立及特殊标准型、系统的状态方程的求解及性质、系统的能控性和能观性的标准型及结构分解、李雅普诺夫意义下稳定性的判别及应用、线性系统反馈控制器及状态观测器的设计等。在介绍现代控制理论基本知识前，本书还辅以必要的矩阵数学知识来帮助读者在后续学习过程中更容易理解和掌握相关内容。 本书内容在结构安排上深入浅出，按照先基础后综合、先理论后应用的原则，尽可能从实际背景的分析中提出要讨论的问题、概念和方法。主要内容所在章节还给出了相应的MATLAB应用实例，方便读者进一步理解课程内容。 为让读者理解现代控制理论与传统经典控制理论之间的关系，本书部分内容将两者之间的联系通过相关工程实例予以显示，并介绍相互转化的方法，方便读者学习掌握。 本书积极挖掘内容中蕴含的课程思政元素，进一步贯彻落实党的教育方针，推行五育并举的教学理念，培养担当民族复兴大任的时代新人。 本书适合作为高等院校自动化类、电气工程类等专业本科生和控制类专业研究生的教材，也适合作为从事自动化方面工作的科技人员的学习参考书。第1章 ??绪论11.1　控制理论的产生与发展11.2　现代控制理论的基本内容21.3　现代控制理论的应用21.4　控制一个动态系统的基本步骤4第2章 ??基本数学知识52.1　矩阵与行列式52.1.1　矩阵52.1.2　矩阵运算62.1.3　分块矩阵112.1.4　行列式的定义与计算122.1.5　分块矩阵行列式的性质132.2　基本矩阵与特殊矩阵132.2.1　对角矩阵132.2.2　奇异矩阵与三角矩阵142.2.3　转置矩阵与对称矩阵152.2.4　正定矩阵与特殊矩阵162.3　特征值问题和矩阵秩172.3.1　特征多项式和特征方程172.3.2　特征矢量182.3.3　矩阵的秩202.4　矩阵变换202.4.1　相似变换202.4.2　矩阵对角化21习题22第3章 ??控制系统的状态空间表达式233.1　基本概念233.2　状态空间描述253.2.1　几个定义253.2.2　状态空间表达式的一般形式253.3　状态空间表达式的模拟结构图313.3.1　绘制模拟结构图的基本方法313.3.2　一阶系统的模拟结构图323.3.3　单输入?D单输出三阶系统的模拟结构图323.3.4　两输入?D两输出二阶系统的模拟结构图333.4　状态空间表达式的建立333.4.1　根据系统结构图建立状态空间表达式343.4.2　由系统机理建立状态空间表达式373.4.3　由系统运动方程或传递函数建立状态空间表达式413.5　状态矢量的线性变换（坐标变换）493.5.1　系统状态空间表达式的非唯一性493.5.2　系统特征值的不变性和系统的不变量523.5.3　状态空间表达式变换为约旦标准型实现563.6　由状态空间表达式求传递函数（阵）643.6.1　传递函数（阵）653.6.2　组合系统的传递函数（阵）663.7　离散时间系统的状态空间表达式693.7.1　状态空间描述693.7.2　脉冲传递（函数）矩阵723.8　状态空间的MATLAB描述743.8.1　数学模型的建立743.8.2　模型间的转换763.8.3　组合系统的传递函数（阵）783.8.4　线性变换79本章小结及思政元素82习题83第4章 ??线性系统的运动分析874.1　线性定常系统齐次状态方程的解（自由解）874.2　矩阵指数函数?D?D状态转移矩阵884.2.1　状态转移矩阵的含义884.2.2　状态转移矩阵的基本性质894.2.3　几个特殊的矩阵指数函数924.2.4　状态转移矩阵的计算954.3　线性定常系统非齐次状态方程的解1024.4　线性时变系统的运动分析1064.4.1　线性时变系统齐次状态方程的解1074.4.2　状态转移矩阵Phi;(t,t0)的基本性质1074.4.3　线性时变系统的状态转移矩阵Phi;(t,t0)的计算1094.4.4　线性时变系统非齐次状态方程的解1124.4.5　线性时变系统的输出1134.5　线性系统的脉冲响应矩阵1134.5.1　线性时变系统的脉冲响应矩阵1134.5.2　线性定常系统的脉冲响应矩阵1144.5.3　传递矩阵与脉冲响应矩阵的关系1144.5.4　利用脉冲响应矩阵计算控制系统的输出1154.6　连续系统的离散化1164.6.1　问题的提出1164.6.2　基本假设1164.6.3　线性定常系统的离散化1174.6.4　近似离散化1184.6.5　线性时变系统的离散化1194.7　线性离散系统的运动分析1204.7.1　线性定常离散时间系统状态方程的解1204.7.2　线性时变离散系统状态方程的解1234.8　基于MATLAB的运动分析1244.8.1　基于MATLAB的线性定常系统的运动分析1244.8.2　基于MATLAB的线性离散系统的运动分析128本章小结及思政元素131习题132第5章 ??系统的能控性和能观性1355.1　能控性的定义1355.2　线性定常连续系统的能控性1365.2.1　约旦标准型系统的能控性判别1375.2.2　直接根据矩阵A与矩阵B判断系统的能控性1425.3　线性定常连续系统的能观性1465.3.1　能观性定义1475.3.2　线性定常连续系统能观性的判断1485.4　线性定常离散系统的能控性与能观性1555.4.1　能控性判别矩阵M1555.4.2　能观性判别矩阵N1585.5　线性时变连续系统的能控性和能观性1595.5.1　能控性判别1595.5.2　能观性判别1635.5.3　线性时变连续系统和线性定常连续系统能控性与能观性判别准则之间的关系1665.6　能控性与能观性的对偶关系1675.6.1　线性系统的对偶关系1685.6.2　对偶原理1695.7　能控标准型与能观标准型1705.7.1　单输入系统的能控标准型1705.7.2　单输出系统的能观标准型1775.8　线性系统的结构分解1805.8.1　按能控性分解1805.8.2　按能观性分解1835.8.3　按能控性和能观性进行分解1855.9　传递函数矩阵的实现问题1905.9.1　实现的基本概念1905.9.2　多输入?D多输出系统的能控与能观标准型实现1915.9.3　*小实现1935.10　传递函数零极点对消与系统能控性和能观性的关系1965.11　利用MATLAB分析能控性与能观性1985.11.1　常用函数1985.11.2　控制实例199本章小结及思政元素205习题206第6章 ??控制系统的稳定性2106.1　外部稳定性与内部稳定性2106.1.1　外部稳定性2116.1.2　内部稳定性2116.2　李雅普诺夫定义下的稳定性2126.2.1　系统的平衡状态2136.2.2　状态矢量范数2146.2.3　李雅普诺夫意义下的稳定性定义2146.2.4　外部稳定性与内部稳定性之间的关系2196.3　李雅普诺夫第一法2206.3.1　线性定常系统的稳定性分析2206.3.2　线性时变系统的稳定性分析2226.3.3　非线性系统的稳定性分析2226.4　李雅普诺夫第二法2246.4.1　标量函数V(x)的符号性质2256.4.2　二次型标量函数的符号性质2256.4.3　李雅普诺夫第二法的稳定性判据2266.5　李雅普诺夫法在线性系统中的应用2336.5.1　李雅普诺夫矩阵方程2336.5.2　李雅普诺夫矩阵方程在线性定常系统稳定性判断中的应用2346.5.3　基于李雅普诺夫第二法的线性时变系统的稳定性分析2366.5.4　线性定常离散系统的稳定性2376.6　李雅普诺夫第二法在非线性系统中的应用2386.6.1　克拉索夫斯基法2396.6.2　阿塞尔曼法2426.7　基于MATLAB的系统稳定性分析2446.7.1　系统稳定性分析常用的函数2446.7.2　基于MATLAB的系统稳定性分析实例244本章小结及思政元素247习题248第7章 ??线性定常系统的综合2507.1　线性反馈控制系统的基本结构及其特性2507.1.1　状态反馈2507.1.2　输出反馈2517.1.3　从输出到状态矢量导数的线性反馈2527.1.4　动态补偿器2537.1.5　闭环系统的能控性与能观性2547.2　极点配置问题2567.2.1　期望极点对系统动态性能的影响2567.2.2　采用状态反馈进行极点配置2577.2.3　采用输出反馈进行极点配置2647.2.4　采用从输出到 的线性反馈进行极点配置2657.3　系统镇定问题2677.4　系统解耦问题2707.4.1　前馈补偿器解耦2717.4.2　状态反馈解耦2717.5　状态观测器2757.5.1　状态观测器的定义2757.5.2　状态观测器的存在性2757.5.3　状态观测器的实现2767.5.4　反馈矩阵 的设计2787.5.5　降维状态观测器2807.6　带状态观测器的状态反馈系统2857.6.1　系统的结构与状态空间表达式2857.6.2　闭环系统的基本特性2867.7　基于MATLAB的系统综合2917.7.1　常用函数指令2917.7.2　应用举例292本章小结及思政元素302习题303参考文献306田小敏，副教授，硕士生导师，金陵科技学院优秀青年骨干教师。中国自动化学会会员，江苏省自动化学会理事，江苏省重点建设学科;控制科学与工程学科核心成员。从事智能控制理论与应用、分数阶系统分析与控制、非线性系统分析与控制等领域的科学研究和教育教学。目前是多个国内外知名期刊和会议的审稿人。主持完成省部级项目1项、市厅级项目3项、校级科研项目3项、企业委托横向项目4项；参与研究国家自然科学基金面上项目1项、江苏省自然科学基金面上项目1项。发表学术论文30余篇，其中SCI收录4篇、EI收录20余篇，出版学术专著1部，参编教材1部。获授权发明专利10项、授权实用新型专利2项、授权计算机软件著作权4项。获2021年国家留学基金委公派访问学者资格；获江苏省科学技术三等奖1项；获南京市记功表彰1次；获校优秀教学成果奖一等奖、二等奖、优秀奖各1项。 商品目录加载中......

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