緒論 0.1 自動控制理論的發(fā)展與現(xiàn)狀 0.2 現(xiàn)代控制理論的研究范圍 0.3 經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論的聯(lián)系與比較 0.4 MATLAB控制系統(tǒng)工具箱簡介 0．5 本書綜述 第1章 動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 1.1 引言 1.2 動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型 1.2.1 狀態(tài)空間的基本概念 1.2.2 動態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的一般形式 1.2.3 狀態(tài)空間模型的圖示 1.2.4 由系統(tǒng)機(jī)理建立狀態(tài)空間模型示例 1．3 動態(tài)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型變換 1．3．1 狀態(tài)向量的線性變換與狀態(tài)空間表達(dá)式標(biāo)準(zhǔn)型 1.3.2 系統(tǒng)的高階微分方程描述化為狀態(tài)空間描述 1.3.3 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述化為狀態(tài)空間描述 1.3.4 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)陣 1.4 離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 1.4.1 離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式 1.4.2 差分方程化為狀態(tài)空間表達(dá)式 1.4.3 由脈沖傳遞函數(shù)化為狀態(tài)空間表達(dá)式 1.4.4 由離散系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式求脈沖傳遞函數(shù)矩陣 1.5 MATLAB在系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型變換中的應(yīng)用 1.5.1 系統(tǒng)的模型 1.5.2 系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換 1.5.3 系統(tǒng)的線性非奇異變換與標(biāo)準(zhǔn)型狀態(tài)空間表達(dá)式 小結(jié) 思考題與習(xí)題1 上機(jī)實(shí)驗(yàn)題1 第2章 線性系統(tǒng)動態(tài)分析 2.1 引言 2.2 線性定常齊次狀態(tài)方程的解 2.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì)及其計(jì)算方法 2.3.1 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的運(yùn)算性質(zhì) 2.3.2 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計(jì)算方法 2.4 線性定常非齊次狀態(tài)方程的解 2.5 線性時(shí)變系統(tǒng)狀態(tài)方程的解 2.5.1 線性時(shí)變系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的求解 2.5.2 線性時(shí)變系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì) 2.5.3 線性時(shí)變非齊次狀態(tài)方程的解 2.6 離散狀態(tài)方程的解 2.6.1 遞推法求解線性離散狀態(tài)方程 2.6.2 Z變換法求解線性定常離散狀態(tài)方程 2.7 連續(xù)狀態(tài)方程的離散化 2.7.1 線性定常連續(xù)狀態(tài)方程的離散化 2.7.2 線性時(shí)變連續(xù)狀態(tài)方程的離散化 2.8 MATLAB在線性系統(tǒng)動態(tài)分析中的應(yīng)用 2.8.1 應(yīng)用MATLAB計(jì)算線性定常系統(tǒng)的矩陣指數(shù)(狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣) 2.8.2 應(yīng)用MATLAB求定常系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng) 2.8.3 應(yīng)用MATLAB變連續(xù)狀態(tài)空間模型為離散狀態(tài)空間模型 小結(jié) 思考題與習(xí)題2 上機(jī)實(shí)驗(yàn)題2 第3章 線性系統(tǒng)的能控性和能觀測性分析 3.1 引言 3.2 能控性與能觀測性的概念與示例 3.3 能控性和能觀測性定義 3.3.1 能控性定義 3.3.2 能觀測性定義 3.4 線性連續(xù)系統(tǒng)能控性判據(jù) 3.4.1 線性定常連續(xù)系統(tǒng)能控性判據(jù) 3.4.2 線性定常連續(xù)系統(tǒng)輸出能控性 3.4.3 線性時(shí)變連續(xù)系統(tǒng)能控性判據(jù) 3.5 線性連續(xù)系統(tǒng)能觀測性判據(jù) 3.5.1 線性定常連續(xù)系統(tǒng)能觀測性判據(jù) 3.5.2 線性時(shí)變連續(xù)系統(tǒng)能觀測性判據(jù) 3.6 線性離散系統(tǒng)的能控性與能觀測性 3.6.1 線性離散系統(tǒng)能控性定義 3.6.2 線性定常離散系統(tǒng)能控性的秩判據(jù) 3.6.3 線性離散系統(tǒng)能觀測性定義 3.6.4 線性定常離散系統(tǒng)能觀測性的秩判據(jù) 3.6.5 離散化系統(tǒng)能控性、能觀測性與采樣周期的關(guān)系 3.7 系統(tǒng)能控性和能觀測性的對偶原理 3.7.1 線性系統(tǒng)的對偶關(guān)系 3.7.2 對偶原理 3.8 線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解 3.8.1 化為約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型的分解 3.8.2 按能控性和能觀測性分解 3.9 能控性和能觀測性與傳遞函數(shù)(陣)的關(guān)系 3.10 能控標(biāo)準(zhǔn)型與能觀測標(biāo)準(zhǔn)型 3.10.1 單輸入系統(tǒng)的能控標(biāo)準(zhǔn)型 3.10.2 單輸出系統(tǒng)的能觀測標(biāo)準(zhǔn)型 3.11 傳遞函數(shù)矩陣的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn) 3.11.1 實(shí)現(xiàn)和最小實(shí)現(xiàn)概述 3.11.2 傳遞函數(shù)矩陣的能控標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)和能觀測標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn) 3.11.3 傳遞函數(shù)矩陣的最小實(shí)現(xiàn) 3.12 MATLAB在能控性和能觀測性分析中的應(yīng)用 3.12.1 系統(tǒng)能控、能觀測性分析的MATLAB函數(shù) 3.12.2 用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)能控性和能觀測性分析舉例 小結(jié) 思考題與習(xí)題3 上機(jī)實(shí)驗(yàn)題3 第4章 李亞普諾夫穩(wěn)定性分析 4.1 引言 4.2 外部穩(wěn)定性和內(nèi)部穩(wěn)定性 4.2.1 外部穩(wěn)定性 4.2.2 內(nèi)部穩(wěn)定性 4.2.3 外部穩(wěn)定性與內(nèi)部穩(wěn)定性的關(guān)系 4.3 李亞普諾夫穩(wěn)定性的基本概念 4.3.1 平衡狀態(tài) 4.3.2 范數(shù) 4.3.3 李亞普諾夫穩(wěn)定性定義 4.4 李亞普諾夫穩(wěn)定性定理 4.4.1 二次型函數(shù)及其定號性 4.4.2 李亞普諾夫第二法 4.5 線性定常系統(tǒng)李亞普諾夫穩(wěn)定性分析 4.5.1 李亞普諾夫第一法(間接法) 4.5.2 李亞普諾夫第二法 4.6 線性時(shí)變系統(tǒng)李亞普諾夫函數(shù)的求法 4.6.1 線性時(shí)變連續(xù)系統(tǒng) 4.6.2 線性時(shí)變離散系統(tǒng) 4.7 非線性系統(tǒng)李亞普諾夫穩(wěn)定性分析 4.7.1 李亞普諾夫第一法分析非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性 4.7.2 李亞普諾夫第二法在非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用 4.8 李亞普諾夫直接法應(yīng)用舉例 4.8.1 線性系統(tǒng)校正 4.8.2 線性系統(tǒng)參數(shù)最優(yōu)化設(shè)計(jì) 4.8.3 估計(jì)線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定自由運(yùn)動的快速性 4.9 MATLAB在系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用 4.9.1 李亞普諾夫第一法 4.9.2 李亞普諾夫第二法 小結(jié) 思考題與習(xí)題4 上機(jī)實(shí)驗(yàn)題4 第5章 狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器 5.1 引言 5.2 狀態(tài)反饋與輸出反饋 5.2.1 狀態(tài)反饋 5.2.2 輸出反饋 5.3 反饋控制對能控性與能觀測性的影響 5.4 閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)配置 5.4.1 采用狀態(tài)反饋配置閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn) 5.4.2 采用線性非動態(tài)輸出反饋至參考輸入配置閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn) 5.4.3 鎮(zhèn)定問題 5.5 狀態(tài)觀測器 5.5.1 全維觀測器的構(gòu)造思想 5.5.2 閉環(huán)觀測器極點(diǎn)配置 5.5.3 降維觀測器 5.6 采用狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng) 5.7 解耦控制 5.7.1 前饋補(bǔ)償器解耦 5.7.2 輸入變換與狀態(tài)反饋相結(jié)合實(shí)現(xiàn)解耦控制 5.8 MATLAB在閉環(huán)極點(diǎn)配置及狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 5.8.1 用MATLAB求解閉環(huán)極點(diǎn)配置問題 5.8.2 用MATLAB設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測器 5.8.3 基于Simulink的狀態(tài)反饋系統(tǒng)仿真研究 5.9 線性控制系統(tǒng)理論的工程應(yīng)用舉例 5.9.1 穩(wěn)態(tài)精度與跟蹤問題 5.9.2 基于狀態(tài)空間綜合法的單倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 5.9.3 基于狀態(tài)空間綜合法的直流電動機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 小結(jié) 思考題與習(xí)題5 上機(jī)實(shí)驗(yàn)題5 第6章 最優(yōu)控制的基本理論及應(yīng)用 6.1 引言 6.2 最優(yōu)控制問題的提出及數(shù)學(xué)描述 6.2.1 最優(yōu)控制問題實(shí)例 6.2.2 最優(yōu)控制問題的數(shù)學(xué)描述 6.3 變分法 6.3.1 變分法的基本概念 6.3.2 用變分法求解無約束條件的泛函極值問題 6.3.3 有約束條件的泛函極值問題 6.4 極小值原理 6.5 動態(tài)規(guī)劃法 6.5.1 最優(yōu)性原理 6.5.2 離散系統(tǒng)的動態(tài)規(guī)劃 6.5.3 連續(xù)系統(tǒng)的動態(tài)規(guī)劃 6.6 線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器 6.6.1 線性二次型最優(yōu)控制問題的提法 6.6.2 有限時(shí)間的線性最優(yōu)調(diào)節(jié)器 6.6.3 定常線性最優(yōu)調(diào)節(jié)器 6.6.4 輸出調(diào)節(jié)器 6.6.5 非零給定點(diǎn)調(diào)節(jié)器 6.6.6 最優(yōu)跟蹤問題 6.7 最小時(shí)間控制 6.8 應(yīng)用MATLAB解線性二次型最優(yōu)控制問題 6.9 最優(yōu)控制理論的工程應(yīng)用舉例 小結(jié) 思考題與習(xí)題6 上機(jī)實(shí)驗(yàn)題6 參考文獻(xiàn)