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内容简介

本书主要介绍应用现代控制理论进行系统分析和综合的方法及其MATLAB编程与计算。全书共分6章，主要内容包括：第1章控制系统的状态空间数学模型，第2章控制系统的运动分析，第3章控制系统的稳定性分析，第4章控制系统的能控性与能观测性，第5章线性定常控制系统的综合，第6章最优控制。本书配套的电子课件和习题参考答案，可登录华信教育资源网www.hxedu.com.cn，注册后免费下载。

作者简介

韩致信，男，主要研究方向：机械设备自动化，机械系统在线智能监测与控制，工业和仿生机器人及其智能控制，机械振动与噪声及其控制，人驾驶汽车及其智能控制、机械强度及动态测试与分析。

目录

第1章 控制系统的状态空间数学模型
1．1 基本概念
1．2 线性定常连续系统的状态空间数学模型
1．2．1 根据物理模型建立状态空间模型
1．2．2 根据微分方程建立状态空间模型
1．2．3 根据传递函数建立状态空间模型
1．2．4 根据系统的传递函数结构图建立状态空间模型
1．2．5 状态空间模型的线性变换
1．2．6 状态空间模型与传递函数矩阵之间的关系
1．3 线性时变连续系统的状态空间数学模型
1．4 非线性连续系统的状态空间数学模型
1．4．1 本质非线性系统的状态空间模型
1．4．2 本征非线性系统的状态空间模型
1．5 线性离散系统的状态空间数学模型
1．5．1 基本概念
1．5．2 线性定常离散系统的状态空间模型
1．6 线性定常系统状态空间模型的MATLAB实现
1．6．1 数学模型的MATLAB表示法
1．6．2 实现能控规范型的MATLAB编程及计算
习题1
第2章 控制系统的运动分析
2．1 线性定常连续系统的运动分析
2．1．1 系统状态自由运动
2．1．2 状态转移矩阵
2．1．3 系统状态受控运动
2．1．4 系统的输出响应
2．1．5 实现线性定常连续系统运动分析的MATLAB编程
2．2 线性时变连续系统的运动分析
2．2．1 系统状态自由运动
2．2．2 状态转移矩阵
2．2．3 系统状态受控运动
2．2．4 系统输出响应
2．2．5 实现线性时变连续系统运动分析的MATLAB编程
2．3 线性定常离散系统的运动分析
2．3．1 线性定常连续系统的离散化及其MATLAB实现
2．3．2 线性定常离散系统的运动分析
2．3．3 实现线性定常离散系统运动分析的MATLAB编程
2．4 线性时变离散系统的运动分析
2．4．1 线性时变连续系统的离散化及其MATLAB实现
2．4．2 线性时变离散系统的状态运动分析
2．4．3 实现线性时变离散系统运动分析的MATLAB编程
习题2
第3章 控制系统的稳定性分析
3．1 李雅普诺夫稳定性基本定理
3．1．1 数学基础
3．1．2 李雅普诺夫稳定性定义
3．1．3 李雅普诺夫稳定性定理
3．2 线性连续系统的稳定性分析
3．2．1 线性定常连续系统的稳定性分析及其MATLAB编程与计算
3．2．2 线性时变连续系统的稳定性分析
3．3 线性离散系统的稳定性分析
3．3．1 线性定常离散系统的稳定性分析及其MATLAB编程与计算
3．3．2 线性时变离散系统的稳定性分析
3．4 非线性连续系统的稳定性分析
3．4．1 克拉索夫斯基(Krasovski)法及其MATLAB编程与计算
3．4．2 变量梯度法
习题3
第4章 控制系统的能控性与能观测性
4．1 系统的能控性
4．1．1 线性时变连续系统的状态能控性
4．1．2 线性定常连续系统的状态能控性及其MATLAB辅助分析
4．1．3 线性离散系统的状态能控性
4．1．4 系统的输出能控性
4．2 系统的能观测性
4．2．1 线性时变连续系统的能观测性
4．2．2 线性定常连续系统的状态能观测性及其MATLAB辅助分析
4．2．3 线性定常离散系统的状态能观测性
4．3 能控与能观测规范型的实现
4．3．1 能控规范型的实现及其MATLAB编程与计算
4．3．2 能观测规范型的实现及其MATLAB编程与计算
4．4 线性定常系统能控性与能观测性在复域［s］中的判据
4．5 对偶系统及对偶性原理
4．5．1 线性定常对偶系统
4．5．2 线性时变对偶系统
4．6 线性定常系统能控与能观测结构分解
4．6．1 能控与不能控结构分解及其MATLAB辅助计算
4．6．2 能观测与不能观测结构分解及其MATLAB辅助计算
4．6．3 能控性与能观测性结构综合分解
习题4
第5章 线性定常控制系统的综合
5．1 反馈控制系统的基本概念
5．1．1 状态反馈控制系统
5．1．2 输出反馈控制系统
5．2 以实现期望极点为目标的系统综合
5．2．1 单输入状态反馈控制系统极点配置及其MATLAB辅助计算
5．2．2 多输入状态反馈控制系统的极点配置方法
5．2．3 输出反馈控制系统极点配置及其MATLAB辅助计算
5．3 以实现系统镇定为目标的系统综合
5．4 以实现解耦控制为目标的系统综合
5．4．1 补偿器解耦
5．4．2 状态反馈解耦
5．4．3 实现状态反馈解耦控制计算的MATLAB编程与计算
5．5 状态重构控制系统
5．5．1 全维状态重构器及其MATLAB辅助设计
5．5．2 带全维状态重构器的状态反馈系统及其MATLAB辅助设计
5．5．3 降维状态重构器及其MATLAB辅助设计
习题5
第6章 最优控制
６．1 泛函及其变分法简介
6．2 最优控制及其变分解法
6．2．1 数学模型
6．2．2 求解最优控制问题的变分法――拉格朗日乘子法
6．3 线性二次型最优控制
6．3．1 线性二次型最优控制的目标泛函
6．3．2 状态调节器及其MATLAB辅助设计
6．3．3 输出调节器
6．3．4 输出跟踪器及其MATLAB辅助设计
6．4 极小值原理
6．4．1 连续系统的极小值原理
6．4．2 Bang-Bang开关控制
6．5 离散系统的最优控制
6．5．1 控制约束的离散系统的最优控制
6．5．2 控制有约束的离散系统的最优控制
6．6 动态规划法
6．6．1 多级决策过程及最优性原理
6．6．2 离散系统的动态规划
6．6．3 连续系统的动态规划
习题6
附录A 习题参考答案
参考文献

前言/序言

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评分☆☆☆☆☆

发展过程 现代控制理论是在20世纪50年代中期迅速兴起的空间技术的推动下发展起来的。空间技术的发展迫切要求建立新的控制原理，以解决诸如把宇宙火箭和人造卫星用最少燃料或最短时间准确地发射到预定轨道一类的控制问题。这类控制问题十分复杂，采用经典控制理论难以解决。1958年，苏联科学家Л.С.庞特里亚金提出了名为极大值原理的综合控制系统的新方法。在这之前，美国学者R.贝尔曼于1954年创立了动态规划，并在1956年应用于控制过程。他们的研究成果解决了空间技术中出现的复杂控制问题，并开拓了控制理论中最优控制理论这一新的领域。1960～1961年，美国学者R.E.卡尔曼和R.S.布什建立了卡尔曼-布什滤波理论，因而有可能有效地考虑控制问题中所存在的随机噪声的影响，把控制理论的研究范围扩大，包括了更为复杂的控制问题。几乎在同一时期内，贝尔曼、卡尔曼等人把状态空间法系统地引入控制理论中。状态空间法对揭示和认识控制系统的许多重要特性具有关键的作用。其中能控性和能观测性尤为重要，成为控制理论两个最基本的概念。到60年代初，一套以状态空间法、极大值原理、动态规划、卡尔曼-布什滤波为基础的分析和设计控制系统的新的原理和方法已经确立，这标志着现代控制理论的形成。

评分☆☆☆☆☆

线性系统理论 它是现代控制理论中最为基本和比较成熟的一个分支，着重于研究线性系统中状态的控制和观测问题，其基本的分析和综合方法是状态空间法。按所采用的数学工具，线性系统理论通常分成为三个学派：基于几何概念和方法的几何理论，代表人物是W.M.旺纳姆；基于抽象代数方法的代数理论，代表人物是R.E.卡尔曼；基于复变量方法的频域理论，代表人物是H.H.罗森布罗克。

评分☆☆☆☆☆

最优控制理论 最优控制理论是设计最优控制系统的理论基础，主要研究受控系统在指定性能指标实现最优时的控制规律及其综合方法。在最优控制理论中，用于综合最优控制系统的主要方法有极大值原理和动态规划。最优控制理论的研究范围正在不断扩大，诸如大系统的最优控制、分布参数系统的最优控制等。

评分☆☆☆☆☆

学科内容 现代控制理论所包含的学科内容十分广泛，主要的方面有：线性系统理论、非线性系统理论、最优控制理论、随机控制理论和适应控制理论。

评分☆☆☆☆☆

适应控制理论适应控制系统是在模仿生物适应能力的思想基础上建立的一类可自动调整本身特性的控制系统。适应控制系统的研究常可归结为如下的三个基本问题：①识别受控对象的动态特性；②在识别对象的基础上选择决策；③在决策的基础上做出反应或动作。

评分☆☆☆☆☆

适应控制理论适应控制系统是在模仿生物适应能力的思想基础上建立的一类可自动调整本身特性的控制系统。适应控制系统的研究常可归结为如下的三个基本问题：①识别受控对象的动态特性；②在识别对象的基础上选择决策；③在决策的基础上做出反应或动作。

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发展过程 现代控制理论是在20世纪50年代中期迅速兴起的空间技术的推动下发展起来的。空间技术的发展迫切要求建立新的控制原理，以解决诸如把宇宙火箭和人造卫星用最少燃料或最短时间准确地发射到预定轨道一类的控制问题。这类控制问题十分复杂，采用经典控制理论难以解决。1958年，苏联科学家Л.С.庞特里亚金提出了名为极大值原理的综合控制系统的新方法。在这之前，美国学者R.贝尔曼于1954年创立了动态规划，并在1956年应用于控制过程。他们的研究成果解决了空间技术中出现的复杂控制问题，并开拓了控制理论中最优控制理论这一新的领域。1960～1961年，美国学者R.E.卡尔曼和R.S.布什建立了卡尔曼-布什滤波理论，因而有可能有效地考虑控制问题中所存在的随机噪声的影响，把控制理论的研究范围扩大，包括了更为复杂的控制问题。几乎在同一时期内，贝尔曼、卡尔曼等人把状态空间法系统地引入控制理论中。状态空间法对揭示和认识控制系统的许多重要特性具有关键的作用。其中能控性和能观测性尤为重要，成为控制理论两个最基本的概念。到60年代初，一套以状态空间法、极大值原理、动态规划、卡尔曼-布什滤波为基础的分析和设计控制系统的新的原理和方法已经确立，这标志着现代控制理论的形成。

评分☆☆☆☆☆

随机控制理论 随机控制理论的目标是解决随机控制系统的分析和综合问题。维纳滤波理论和卡尔曼-布什滤波理论是随机控制理论的基础之一。随机控制理论的一个主要组成部分是随机最优控制，这类随机控制问题的求解有赖于动态规划的概念和方法。

评分☆☆☆☆☆

随机控制理论 随机控制理论的目标是解决随机控制系统的分析和综合问题。维纳滤波理论和卡尔曼-布什滤波理论是随机控制理论的基础之一。随机控制理论的一个主要组成部分是随机最优控制，这类随机控制问题的求解有赖于动态规划的概念和方法。

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