目 錄
第1章 基礎(chǔ)知識(shí) （1）
1.1 拉普拉斯變換 （1）
1.1.1 拉普拉斯變換的基本概念 （1）
1.1.2 拉普拉斯反變換 （5）
1.2 矩陣 （9）
1.2.1 矩陣的定義 （9）
1.2.2 余子式、代數(shù)余子式和伴隨矩陣 （9）
1.2.3 主子行列式 （10）
1.2.4 矩陣的秩 （10）
1.2.5 矩陣的初等變換 （10）
1.2.6 逆矩陣 （11）
1.3 習(xí)題 （13）
第2章 控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 （14）
2.1 狀態(tài)的概念 （14）
2.2 控制系統(tǒng)中狀態(tài)的基本概念 （15）
2.3 控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式 （15）
2.4 狀態(tài)空間表達(dá)式的一般形式 （17）
2.5 根據(jù)系統(tǒng)的物理機(jī)理建立狀態(tài)空間表達(dá)式 （18）
2.5.1 機(jī)械系統(tǒng) （18）
2.5.2 電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) （23）
2.5.3 狀態(tài)變量的選取問題 （29）
2.6 流體系統(tǒng) （32）
2.6.1 液位系統(tǒng) （32）
2.6.2 氣動(dòng)系統(tǒng) （35）
2.6.3 線性化方法 （37）
2.6.4 液壓系統(tǒng) （38）
2.7 根據(jù)系統(tǒng)微分方程建立狀態(tài)空間表達(dá)式 （42）
2.7.1 微分方程中不含輸入函數(shù)導(dǎo)數(shù)項(xiàng) （42）
2.7.2 微分方程中包含輸入函數(shù)導(dǎo)數(shù)項(xiàng) （43）
2.8 狀態(tài)空間表達(dá)式的圖形表示法 （46）
2.8.1 圖形表示法的基本元素 （47）
2.8.2 由控制系統(tǒng)的方塊圖求系統(tǒng)狀態(tài)方程 （49）
2.9 根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)建立狀態(tài)空間表達(dá)式 （50）
2.9.1 直接法 （51）
2.9.2 零極點(diǎn)法 （56）
2.9.3 并聯(lián)法 （58）
2.10 系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式與傳遞函數(shù)陣 （64）
2.10.1 由狀態(tài)空間模型求傳遞函數(shù)陣 （64）
2.10.2 組合系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型和傳遞函數(shù)陣 （66）
2.11 系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的特征標(biāo)準(zhǔn)型 （70）
2.11.1 系統(tǒng)狀態(tài)的線性變換 （70）
2.11.2 系統(tǒng)的特征值和特征向量 （71）
2.11.3 將狀態(tài)方程化為對角線標(biāo)準(zhǔn)型 （73）
2.12 習(xí)題 （76）
第3章 線性控制系統(tǒng)的時(shí)域分析 （78）
3.1 線性定常齊次狀態(tài)方程的解 （78）
3.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 （79）
3.2.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì) （79）
3.2.2 幾個(gè)特殊的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 （79）
3.2.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計(jì)算 （80）
3.3 線性定常非齊次狀態(tài)方程的解 （85）
3.4 線性時(shí)變系統(tǒng)狀態(tài)方程的解 （87）
3.4.1 線性時(shí)變齊次狀態(tài)方程的解 （88）
3.4.2 線性時(shí)變系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 （89）
3.4.3 線性時(shí)變系統(tǒng)非齊次狀態(tài)方程的解 （89）
3.5 習(xí)題 （90）
第4章 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 （92）
4.1 李雅普諾夫穩(wěn)定性定義 （92）
4.1.1 平衡狀態(tài)的定義 （92）
4.1.2 范數(shù)的概念 （92）
4.1.3 李雅普諾夫穩(wěn)定性定義 （93）
4.2 李雅普諾夫穩(wěn)定性理論 （94）
4.2.1 李雅普諾夫第二法中的二次型函數(shù) （94）
4.2.2 李雅普諾夫第二法 （96）
4.3 線性系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析 （98）
4.3.1 線性定常連續(xù)系統(tǒng) （98）
4.3.2 李雅普諾夫第二法校正線性定常系統(tǒng) （99）
4.3.3 利用李雅普諾夫函數(shù)估算系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能 （101）
4.3.4 利用李雅普諾夫第二法求解參數(shù)最優(yōu)化問題 （105）
4.4 習(xí)題 （108）
第5章 線性控制系統(tǒng)的可控性和可觀測性 （110）
5.1 線性連續(xù)系統(tǒng)的可控性 （111）
5.1.1 時(shí)變系統(tǒng)的可控性 （111）
5.1.2 定常系統(tǒng)的可控性 （112）
5.2 線性連續(xù)系統(tǒng)的可觀測性 （114）
5.2.1 線性時(shí)變系統(tǒng)的可觀測性 （114）
5.2.2 線性定常系統(tǒng)的可觀測性 （115）
5.3 對偶原理 （116）
5.3.1 線性系統(tǒng)的對偶關(guān)系 （116）
5.3.2 可控性和可觀測性的對偶關(guān)系 （117）
5.4 線性系統(tǒng)的可控標(biāo)準(zhǔn)型和可觀測標(biāo)準(zhǔn)型 （117）
5.4.1 可控標(biāo)準(zhǔn)型 （117）
5.4.2 可觀測標(biāo)準(zhǔn)型 （119）
5.5 線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解 （122）
5.5.1 系統(tǒng)的可控性分解 （122）
5.5.2 系統(tǒng)的可觀測性分解 （123）
5.6 習(xí)題 （125）
第6章 線性定常系統(tǒng)的綜合 （127）
6.1 反饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) （127）
6.1.1 狀態(tài)反饋和輸出反饋 （127）
6.1.2 兩種反饋形式的討論 （128）
6.2 極點(diǎn)配置問題 （129）
6.2.1 狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置定理 （129）
6.2.2 單輸入單輸出系統(tǒng)狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置方法 （132）
6.3 系統(tǒng)鎮(zhèn)定 （136）
6.3.1 狀態(tài)反饋鎮(zhèn)定 （136）
6.3.2 輸出反饋鎮(zhèn)定 （139）
6.4 解耦控制 （140）
6.4.1 串聯(lián)解耦 （141）
6.4.2 反饋解耦 （142）
6.5 狀態(tài)觀測器 （148）
6.5.1 全維狀態(tài)觀測器及其設(shè)計(jì)方法 （148）
6.5.2 降維狀態(tài)觀測器 （153）
6.5.3 帶狀態(tài)觀測器的閉環(huán)控制系統(tǒng) （157）
6.6 習(xí)題 （161）
第7章 最優(yōu)控制 （163）
7.1 最優(yōu)控制的基本概念 （163）
7.1.1 最優(yōu)控制問題 （163）
7.1.2 靜態(tài)最優(yōu)控制 （165）
7.2 最優(yōu)控制中的變分法 （166）
7.2.1 變分法 （166）
7.2.2 應(yīng)用變分法求解最優(yōu)控制問題 （175）
7.3 習(xí)題 （184）
參考文獻(xiàn) （185）