“现代控制理论”是系统和控制科学的一门基础课程,也是自动化类专业的一门核心课程,主要讲解以状态空间方法为基础的系统分析和设计方法,主要内容包括系统的状态方程描述,状态方程的解,系统的能控性和能观性,李雅普诺夫稳定性理论,控制系统的状态空间设计方法,最优控制等。
《现代控制理论(第二版)》与作者已出版的《自动控制原理》成上下册,这套教材的特点是强调基础性和系统性,注重基本概念及其工程意义的阐述;在内容安排上尽量满足不同教学计划的授课要求,做到层次分明;在写作上力求做到内容精简,逻辑严密,尽量避免复杂数学公式的推导,符合工科学生的思维特点和认识规律。
《现代控制理论(第二版)》可作为高等院校自动化、电气工程及其自动化、机电一体化和其他相关专业的本科生或硕士生教材,也可供相关专业技术人员参考。
注意结合工程意义讲解基本概念,注重内容的工程性和系统性
突出解决问题的思路与方法,对知识的讲解力求做到深入浅出
避免复杂公式推导,力求做到层次清楚、内容精简、逻辑性强
章节及内容安排可以满足不同学时的授课要求
可为任课教师提供电子课件
本书主要讲解以状态空间描述为基础的系统分析和设计方法,内容包括线性系统的分析和设计方法,李雅普诺夫稳定性理论和最优控制理论,是作者已出版的《自动控制原理》的配套教材。
“自动控制原理”和“现代控制理论”是控制工程学科的核心课程,一方面控制科学是奠定在坚实的数学基础之上的,理论性较强;另一方面控制科学的最终目标是工程应用,它又有很强的工程性和实践性。因此,教材如何在内容上做到理论联系实际,使学生能够深刻理解所学知识的工程背景和工程含义,而不是去死记一些干巴巴的数学公式和结论,这对学生运用所学知识解决实际问题能力的培养将是至关重要的。
出于上述考虑,作者有意识地加强了书中各知识点工程意义的解释,并注意结合经典控制理论的知识来加深对现代控制理论相关内容的理解,考虑到多变量系统零、极点的知识对学生从整体上把握多变量控制系统的结构特征,深刻理解能控性和能观性,建立经典和现代控制理论,乃至时域和频域方法之间的联系都是很有益处的,书中增加了相关内容的介绍。另外,结合作者的研究工作,以例题的形式给出了一类非线性时变系统稳定性的结果(例4.24)。
注意到目前现代控制理论课程有所加强的趋势,和适应不同学时、本科生或研究生的不同教学要求,本书安排了传递函数矩阵的零、极点(2-6),系统连接后的零、极点(2-7),多输入多输出系统的标准型(2-8),串联和反馈连接系统的能控性和能观性(3-5),绝对稳定性理论(4-6),无源性设计(4-7),多输入多输出系统的极点配置(5-2),状态反馈去耦设计(5-6),渐近跟踪调节器设计(5-7)和最优控制理论(第6章)的内容。对于线性离散时间系统,在状态空间描述、传递函数、能控能观性、稳定性、标准型及系统设计方法等方面与连续时间系统有平行的结论,本书只做简单介绍。对于本科生32学时的教学计划来说,建议这些内容不讲,或有选择地选择其中的部分内容,对于本科生48学时或以上的教学计划来说,建议对上述内容的部分或全部进行系统地讲解。
前言
第1章 绪论
1-1 控制理论的形成与发展
1-2 现代控制理论的应用举例
1-3 本书的内容及教学建议
习题
第2章 系统的状态方程描述和状态方程的解
2-1 系统的状态方程和状态空间表达式
2-2 传递函数的几种标准实现
2-3 线性变换
2-4 线性系统状态方程的解
2-5 线性系统的稳定性分析
2-6 系统的传递函数矩阵
2-7 系统的连接
2-8 线性离散时间系统
习题
第3章 线性系统的能控性和能观性
3-1 连续时间线性系统的能控性和能观性
3-2 连续时间线性系统的能控性和能观性判据
3-3 用约当标准型判定系统的能控性和能观性
3-4 用传递函数矩阵判定系统的能控性和能观性
3-5 串联和反馈连接系统的能控性和能观性
3-6 离散时间线性系统的能控性和能观性
3-7 系统的结构分解
3-8 系统的标准型
习题
第4章 系统的稳定性分析
4-1 李雅普诺夫稳定性
4-2 李雅普诺夫第二法(直接法)
4-3 构造李雅普诺夫函数的规则化方法
4-4 李雅普诺夫第一法(间接法)
4-5 线性系统的稳定性分析
4-6 绝对稳定性理论
4-7 无源性设计
习题
第5章 控制系统状态空间设计方法
5-1 状态反馈及对系统特性的影响
5-2 极点配置问题
5-3 系统镇定问题
5-4 系统实现问题
5-5 状态观测器设计
5-6 输入输出解耦设计
5-7 渐近跟踪调节器设计
习题
第6章 动态系统的最优控制
6-1 最优控制问题的数学描述
6-2 泛函和泛函的极值
6-3 用变分法解决最优控制问题
6-4 线性系统的二次型性能指标最优控制
6-5 最小值原理
6-6 动态规划
6-7 用动态规划法解决最优控制问题
习题
参考文献
附录 MATLAB函数一览表
部分习题参考答案
本书以状态空间分析方法为基础,系统介绍现代控制工程的系统分析方法和设计方法,主要内容包括:系统的状态方程和状态空间表达式,非奇异线性变换,状态方程的解,系统的能控性、能观性和判定方法,李亚普诺夫稳定性,状态反馈和极点配置,状态观测器,卡尔曼滤波器,解耦控制,最优控制,最小值原理,二次型性能指标最优控制等。