《現(xiàn)代控制理論》主要介紹現(xiàn)代控制理論的基礎知識,包括系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述、系統(tǒng)狀態(tài)方程建立及求解、系統(tǒng)的能控性、能觀測性、李雅普諾夫穩(wěn)定性、極點配置、狀態(tài)觀測器設計、線性二次型優(yōu)控制等。在介紹系統(tǒng)分析和控制系統(tǒng)設計方法的同時,適當地給出了相應的MATLAB函數,便于讀者利用MATLAB軟件來有效求解控制系統(tǒng)的一些計算和仿真問題,以加深對概念和方法的理解,有利于培養(yǎng)學生利用計算機解決實際問題的能力。
《現(xiàn)代控制理論》主要適用于應用技術型高校的電氣工程及其自動化專業(yè)、自動化專業(yè)及測控技術與儀器專業(yè)的本科生和非控制理論學科的碩士,也可供其他相關專業(yè)的本科生及相關領域的工程技術人員學習參考。
前言
緒論
0.1控制理論的發(fā)展過程
0.1.1經典控制理論階段
0.1.2現(xiàn)代控制理論階段
0.1.3大系統(tǒng)理論和智能控制理論階段
0.1.4經典控制理論與現(xiàn)代控制理論的聯(lián)系與比較
0.2現(xiàn)代控制理論的主要內容
0.2.1線性系統(tǒng)的一般理論
0.2.2系統(tǒng)辨識
0.2.3控制
0.2.4自適應控制
0.2.5濾波
0.2.6魯棒控制
0.2.7非線性系統(tǒng)理論
第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述
1.1控制系統(tǒng)中狀態(tài)的基本概念
1.1.1系統(tǒng)的狀態(tài)和狀態(tài)變量
1.1.2狀態(tài)向量
1.1.3狀態(tài)空間
1.2控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式
1.2.1狀態(tài)空間表達式
1.2.2狀態(tài)空間表達式的一般形式
1.2.3狀態(tài)空間表達式的系統(tǒng)結構圖
1.2.4狀態(tài)空間表達式的模擬結構圖
1.3系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式的建立
1.3.1從系統(tǒng)的機理出發(fā)建立狀態(tài)空間表達式
1.3.2從系統(tǒng)的框圖求狀態(tài)空間表達式
1.3.3根據系統(tǒng)微分方程建立狀態(tài)空間表達式
1.3.4由系統(tǒng)傳遞函數求狀態(tài)空間表達式
1.4系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式的特征標準型
1.4.1系統(tǒng)狀態(tài)的線性變換
1.4.2系統(tǒng)的特征值
1.4.3狀態(tài)空間表達式變換為對角線標準型
1.4.4狀態(tài)變量組的非性
1.5傳遞函數與傳遞函數矩陣
1.6離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式
1.7利用MATLAB進行系統(tǒng)模型之間的相互轉換
1.7.1由傳遞函數到狀態(tài)空間表達式的變換
1.7.2由狀態(tài)空間表達式到傳遞函數的變換
1.7.3系統(tǒng)的線性非奇異變換與標準型狀態(tài)空間表達式
本章小結
習題
第2章線性系統(tǒng)狀態(tài)方程的解
2.1線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解
2.1.1線性定常系統(tǒng)齊次狀態(tài)方程的解
2.1.2線性定常系統(tǒng)非齊次狀態(tài)方程的解
2.2狀態(tài)轉移矩陣
2.2.1狀態(tài)轉移矩陣的性質
2.2.2幾個特殊的狀態(tài)轉移矩陣
2.3向量矩陣分析中的若干結果
2.3.1凱萊-哈密頓定理
2.3.2小多項式
2.4矩陣指數函數eAt的計算
2.4.1直接計算法(級數展開法)
2.4.2對角線標準型與約當標準型法
2.4.3拉普拉斯變換法
2.4.4化eAt為A的有限項法(凱萊-哈密頓定理法)
2.4.5由狀態(tài)轉移矩陣求系統(tǒng)矩陣A
2.5離散時間系統(tǒng)狀態(tài)方程的解
2.5.1遞推法
2.5.2z變換法
2.6連續(xù)時間狀態(tài)空間表達式的離散化
2.6.1近似離散化
本章小結
習題
3.1線性定常連續(xù)系統(tǒng)的能控性
3.1.1概述
3.1.2定常系統(tǒng)狀態(tài)能控性的代數判據
3.1.3狀態(tài)能控性條件的標準型判據
3.1.4用傳遞函數矩陣表達的狀態(tài)能控性條件
3.1.5輸出能控性
3.2線性定常連續(xù)系統(tǒng)的能觀測性
3.2.1定常系統(tǒng)狀態(tài)能觀測性的代數判據
3.2.2用傳遞函數矩陣表達的能觀測性條件
3.2.3狀態(tài)能觀測性條件的標準型判據
3.2.4對偶原理
3.3線性定常離散控制系統(tǒng)的能控性和能觀測性
3.3.1離散系統(tǒng)能控性
3.3.2離散系統(tǒng)能觀測性
3.4狀態(tài)空間表達式的能控標準型與能觀測標準型
3.4.1系統(tǒng)的能控標準型
3.4.2系統(tǒng)的能觀測標準型
3.4.3非奇異線性變換的不變特性
3.5利用MATLAB實現(xiàn)系統(tǒng)能控性與能觀測性分析
3.5.1狀態(tài)能控性判定
3.5.2狀態(tài)能觀測性判定
本章小結
習題
第4章控制系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
4.1李雅普諾夫穩(wěn)定性的基本概念
4.1.1平衡狀態(tài)、給定運動與擾動方程的原點
4.1.2李雅普諾夫意義下的穩(wěn)定性定義
4.1.3預備知識
4.2李雅普諾夫穩(wěn)定性理論
4.2.1李雅普諾夫第二法
4.2.2線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性與非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較
4.2.3克拉索夫斯基方法
4.3線性定常系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
4.4模型參考控制系統(tǒng)分析
4.4.1模型參考控制系統(tǒng)
4.4.2控制器的設計
4.5MATLAB在系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應用
本章小結
習題
第5章線性多變量系統(tǒng)的綜合與設計
5.1引言
5.1.1問題的提法
5.1.2性能指標的類型
5.1.3研究綜合問題的主要內容
5.1.4工程實現(xiàn)中的一些理論問題
5.2極點配置問題
5.2.1問題的提法
5.2.2可配置條件
5.2.3極點配置的算法
5.2.4艾克曼公式
5.3利用MATLAB求解極點配置問題
5.4利用極點配置法設計調節(jié)器型系統(tǒng)
5.4.1數學建模
5.4.2利用MATLAB確定狀態(tài)反饋增益矩陣K
5.4.3所得系統(tǒng)對初始條件的響應
5.5狀態(tài)觀測器
5.5.1狀態(tài)觀測器概述
5.5.2全維狀態(tài)觀測器
5.5.3對偶問題
5.5.4能觀測條件
5.5.5全維狀態(tài)觀測器的設計
5.5.6求狀態(tài)觀測器增益矩陣Ke的直接代入法
5.5.7求狀態(tài)觀測器增益矩陣Ke的艾克曼公式
5.5.8狀態(tài)觀測器增益矩陣選擇的注釋
5.5.9觀測器的引入對閉環(huán)系統(tǒng)的影響
5.5.10控制器-觀測器的傳遞函數
5.5.11小階觀測器
5.5.12具有小階觀測器的觀測-狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)
5.6利用MATLAB設計狀態(tài)觀測器
5.7伺服系統(tǒng)設計
5.7.1具有積分器的Ⅰ型伺服系統(tǒng)
5.7.2系統(tǒng)中不含積分器時的Ⅰ型伺服系統(tǒng)的設計
5.8利用MATLAB設計控制系統(tǒng)舉例
5.8.1所設計系統(tǒng)的單位階躍響應特性
5.8.2用MATLAB確定狀態(tài)反饋增益矩陣和積分增益
5.8.3用MATLAB實現(xiàn)系統(tǒng)的單位階躍響應特性
本章小結
習題
第6章控制
6.1控制問題的基本概念
6.1.1目標函數
6.1.2約束條件
6.2變分法
6.2.1變分法的基本概念
6.2.2變分法在控制中的應用
6.3極小值原理
6.3.1極小值原理在連續(xù)系統(tǒng)中的應用
6.3.2極小值原理在離散系統(tǒng)中的應用
6.4動態(tài)規(guī)劃法
6.4.1動態(tài)規(guī)劃法在連續(xù)系統(tǒng)中的應用
6.4.2動態(tài)規(guī)劃法在離散系統(tǒng)中的應用
6.5線性二次型控制問題
6.5.1基于李雅普諾夫第二法的控制系統(tǒng)化
6.5.2參數問題的李雅普諾夫第二法的解法
6.5.3二次型控制問題
6.6二次型控制問題的MATLAB解法
本章小結
習題
參考文獻