現代控制理論習題集（簡體書）

《現代控制理論習題集》是全國高等學校自動化專業系列教材《現代控制理論》(謝克明、李國勇主編，清華大學出版社出版)的學習指導性配套用書。書中不但精辟總結了現代控制理論的主要內容，而且對該教材各章中的所有習題均給出了相應解答，同時還精選了一定數量的研究生入學試題及其解答。為便于讀者獨立使用本教材，《現代控制理論習題集》中還給出了原教材中的全部例題及解答。與主教材相對應，《現代控制理論習題集》仍分為8章:緒論，控制系統的狀態空間描述，線性控制系統狀態空間表達式的求解，線性控制系統的能控性和能觀測性，控制系統的穩定性，狀態反饋和狀態觀測器，最優控制，線性系統的狀態估計。此外，各章都給出了利用matlab進行線性系統的理論分析和應用設計的典型方法。
《現代控制理論習題集》可作為普通高等院校自動化、電氣工程、測控技術等相關專業的本科生和研究生的學習參考用書，也可供準備參加相關專業研究生入學考試的讀者備考使用，并可作為相關行業工程技術人員的工具手冊。

李國勇，男，山西省聞喜縣人，1963年生，工學博士，太原理工大學信息工程學院教授，研究生導師。從事工業自動化專業的教學和科研工作，長期為大學本科和研究生主講《自動控制理論》、《現代控制理論》、《最優控制理論》、《過程控制系統》、《計算機仿真技術與CAD》和《智能控制及其MATLAB實現》等課程，其中《自動控制理論》2009年被評為山西省精品課程。主要研究方向為預測控制、智能控制理論及其應用等。主持和參研省和國家自然基金項目5項。參研完成省部級和國家級重點工程項目5項。在國內主要期刊及會議上公開發表論文30余篇。主編出版“十一五”國家級高等學校規劃教材和專著等17部，其中《現代控制理論》2009年被評為國家級精品教材，2010年獲山西省教學成果一等獎。

第0章 緒論
0.1 控制理論的產生及發展
0.2 現代控制理論的基本內容
0.3 本書的內容和特點

第1章 控制系統的狀態空間描述
1.1 狀態及狀態空間表達式
1.1.1 控制系統中狀態的基本概念
1.1.2 狀態空間表達式及一般形式
1.1.3 狀態空間表達式的狀態變量圖與信號流圖
1.2 根據系統的物理機理建立狀態空間表達式
1.3 由系統的微分方程式建立狀態空間表達式
1.3.1 微分方程式中不含輸入函數導數項
1.3.2 微分方程式中含輸入函數導數項
1.4 由系統結構圖建立狀態空間表達式
1.5 由系統的傳遞函數建立狀態空間表達式
1.5.1 標準型法
1.5.2 串聯法
1.5.3 并聯法
1.6 系統的狀態空間表達式與傳遞函數陣
1.6.1 由系統的狀態空間表達式求傳遞函數陣
1.6.2 由組合系統的狀態空間表達式求傳遞函數陣
1.7 系統狀態向量的線性變換
1.7.1 線性變換
1.7.2 化狀態方程式為對角線標準型
1.7.3 化狀態方程式為約當標準型
1.8 離散時間系統的狀態空間表達式
1.8.1 狀態空間表達式描述
1.8.2 差分方程式化為狀態空間表達式
1.8.3 脈沖傳遞函數化為狀態空間表達式
1.8.4 由狀態空間表達式求脈沖傳遞函數陣
1.9 基于matlab的控制系統狀態空間描述
1.9.1 利用matlab描述系統模型
1.9.2 利用matlab實現狀態空間表達式與傳遞函數陣的相互轉換
1.9.3 利用matlab實現系統的線性變換
1.9.4 利用matlab實現系統模型的連接
習題解答
例題解答
典型題解
思考題

第2章 線性控制系統狀態空間表達式的求解
2.1 線性定常連續系統齊次狀態方程的解
2.2 線性定常連續系統的狀態轉移矩陣
2.2.1 狀態轉移矩陣及其性質
2.2.2 矩陣指數函數的計算
2.3 線性定常連續系統非齊次狀態方程的求解
2.4 線性時變連續系統狀態方程式的求解
2.4.1 齊次狀態方程式的解
2.4.2 線性時變系統狀態轉移矩陣
2.4.3 線性時變系統非齊次狀態方程式的解
2.5 線性離散時間系統狀態方程的求解
2.5.1 迭代法
2.5.2 z變換法
2.5.3 離散系統狀態轉移矩陣的求解
2.6 線性連續時間系統的離散化
2.6.1 線性定常統狀態方程式的離散化
2.6.2 線性時變系統狀態方程式的離散化
2.6.3 近似離散化
2.7 利用matlab求解系統狀態空間表達式
習題解答
例題解答
典型題解
思考題

第3章 線性控制系統的能控性和能觀測性
3.1 系統的能控性
3.1.1 線性時變連續系統的能控性
3.1.2 線性定常連續系統的能控性
3.1.3 線性離散時間系統的能控性
3.2 系統的能觀測性
3.2.1 線性時變連續系統的能觀測性
3.2.2 線定常連續系統的能觀測性
3.2.3 線性離散時間系統的能觀測性
3.3 能控性和能觀測性的對偶關系
3.3.1 線性系統的對偶原理
3.3.2 線性系統的對偶關系
3.4 單輸入單輸出系統的能控標準型和能觀測標準型
3.4.1 能控標準型
3.4.2 能觀測標準型
3.5 系統的結構分解
3.5.1 系統按能控性分解
3.5.2 系統按能觀測性分解
3.5.3 系統按能控性和能觀測性分解
3.6 系統的實現
3.6.1 實現問題的基本概念
3.6.2 單輸入單輸出系統的標準型實現
3.6.3 多變量系統的標準型實現
3.6.4 最小實現
3.6.5 系統的約當標準型實現
3.7 傳遞函數陣與能控性和能觀測性之間的關系
3.7.1 單輸入單輸出系統
3.7.2 多變量系統
3.8 利用matlab分析系統的能控性和能觀測性
習題解答
例題解答
典型題解
思考題

第4章 控制系統的穩定性分析
4.1 系統穩定的基本概念
4.1.1 外部穩定性和內部穩定性
4.1.2 李雅普諾夫穩定性
4.2 李雅普諾夫穩定性理論
4.2.1 李雅普諾夫第一法
4.2.2 李雅普諾夫第二法
4.3 線性系統的李雅普諾夫穩定性分析
4.3.1 李雅普諾夫第二法在線性連續系統中的應用
4.3.2 李雅普諾夫第二法在線性離散系統中的應用
4.4 非線性系統的李雅普諾夫穩定性分析
4.4.1 克拉索夫斯基法
4.4.2 變量-梯度法
4.4.3 阿捷爾曼法
4.5 利用matlab分析系統的穩定性
4.5.1 利用特征值判斷系統的穩定性
4.5.2 利用李雅普諾夫第二法判斷系統的穩定性
習題解答
例題解答
典型題解
思考題

第5章 狀態反饋和狀態觀測器
5.1 線性反饋控制系統的基本結構
5.1.1 狀態反饋
5.1.2 輸出反饋
5.1.3 從輸出到狀態向量導數x反饋
5.1.4 閉環系統的能控性和能觀測性
5.2 系統的極點配置
5.2.1 采用狀態反饋實現極點配置
5.2.2 采用從輸出到輸入端反饋實現極點配置
5.2.3 采用從輸出到狀態向量導數x反饋實現極點配置
s.2.4 多輸入多輸出系統的極點配置
5.2.5 鎮定問題
5.3 解耦控制
5.3.1 串聯解耦
5.3.2 反饋解耦
5.4 狀態觀測器的設計
5.4.1 狀態重構問題
5.4.2 全維觀測器的設計
5.4.3 降維觀測器的設計
5.5 帶狀態觀測器的閉環控制系統
5.5.1 閉環控制系統的結構和狀態空間表達式
5.5.2 帶狀態觀測器的閉環系統的基本特征
5.6 利用matlab實現系統的狀態反饋和狀態觀測器
5.6.1 系統的極點配置
5.6.2 狀態觀測器的設計
5.6.3 帶狀態觀測器的系統極點配置
習題解答
例題解答
典型題解
思考題

第6章 最優控制
6.1 最優控制的基本概念
6.1.1 最優控制問題
6.1.2 最優控制的提法
6.2 最優控制中的變分法
6.2.1 變分法
6.2.2 應用變分法求解最優控制問題
6.3 極大值原理
6.3.1 連續系統的極大值原理
6.3.2 離散系統的極大值原理
6.4 線性二次型最優控制問題
6.4.1 線性二次型問題
6.4.2 狀態調節器
6.4.3 輸出調節器
6.4.4 輸出跟蹤器
6.5 利用matlab求解線性二次型最優控制問題
習題解答
例題解答
典型題解
思考題

第7章 線性系統的狀態估計
7.1 概述
7.1.1 估計問題
7.1.2 估計的準則
7.1.3 狀態估計與系統辨識
7.2 最小二乘估計
7.3 線性最小方差估計
7.4 卡爾曼濾波器
習題解答
例題解答
參考文獻