現代控制理論基礎(第2版)（簡體書）

王劃一、楊西俠編著的《現代控制理論基礎(第2 版普通高等院校十三五規劃教材)》是針對理工科高年級學生編寫的控制系統領域基礎理論教科書。本書詳細地論述了控制系統的狀態空間分析的基本方法及狀態空間綜合的基本理論與方法。包括狀態空間模型的建立，狀態方程的求解，線性控制系統的能控性和能觀測性及狀態反饋與狀態觀測器設計，控制系統的李雅普諾夫穩定性分析等基本內容。另外，為了加強實踐環節的教學，*后一章是MATLAB仿真方法和模擬實驗方法的實驗內容．以及倒立擺的實時控制實驗，從倒立擺的建模、MATLAB仿真及實時控制這樣針對實際的系統構建了一個完整的實驗環節。這些精心設計的實驗非常有力地配合了教材的理論學習，有效地彌補了近年來教學實驗環節的不足，大大提高了教學效果。
本書編寫的另一特色是實現了習題解答、學習輔導與科教書的三者合一，引導學生省時省力地進行學習，對考研的同學有重要幫助。本書適合于高年級本科生、研究生、工程技術人員及計算機開發人員使用。

緒論第1章 控制系統的狀態空間模型 1.1 控制系統的狀態空間表達式 1.1.1 狀態、狀態變量和狀態空間 1.1.2 控制系統的狀態空間表達式 1.1.3 線性系統狀態空間表達式的結構圖和信號流圖 1.2 建立狀態空間表達式的直接方法 1.2.1 單變量系統舉例 1.2.2 多變量系統舉例 1.3 單變量系統線性微分方程轉換為狀態空間表達式 1.3.1 輸入函數中不包含導數項時的變換 1.3.2 輸入函數中包含導數項時的變換 1.4 單變量系統傳遞函數變換為狀態空間表達式 1.4.1 與微分方程形式直接對應的變換法 1.4.2 基于梅遜公式的信號流圖法 1.4.3 部分分式法化對角線標準形或約當標準形 1.5 結構圖分解法建立狀態空間表達式 1.5.1 基本環節的狀態變量圖 1.5.2 閉環系統結構圖的狀態變量實現 1.6 狀態方程的線性變換 1.6.1 狀態向量的線性變換 1.6.2 系統特征值的不變性 1.6.3 化系統矩陣A為對角標準形或約當標準形 1.7 多變量系統的傳遞函數陣 1.7.1 傳遞函數陣的概念 1.7.2 系統傳遞函數陣的直接求法和結構圖求法 1.7.3 由狀態空間表達式求傳遞函數陣 1.7.4 傳遞函數陣的不變性 1.7.5 子系統串并聯與閉環系統傳遞函數陣 解題示范 學習指導與小結 習題第2章 控制系統的狀態方程求解 2.1 線性定常系統狀態方程的解 2.1.1 齊次狀態方程的解 2.1.2 狀態轉移矩陣 2.1.3 非齊次狀態方程的解 2.1.4 系統的脈沖響應及脈沖響應矩陣 2.2 線性定常連續系統狀態轉移矩陣的幾種算法 2.2.1 拉普拉斯變換法 2.2.2 冪級數法——直接計算法 2.2.3 對角形法與約當形法 2.2.4 化eAt為A的有限項法 2.2.5 *小多項式 2.3 線性離散系統的狀態空間表達式及連續系統的離散化 2.3.1 線性離散系統狀態空間表達式 2.3.2 線性定常連續系統狀態方程的離散化 2.3.3 線性連續系統狀態方程離散化的近似方法 2.4 線性定常離散系統狀態方程求解 2.4.1 迭代法求解 2.4.2 z變換法求解 2.4.3 離散系統的狀態轉移矩陣 解題示范 學習指導與小結 習題第3章 控制系統的狀態空間分析 3.1 線性控制系統能控性和能觀測性概述 3.2 線性連續系統的能控性 3.2.1 狀態能控性 3.2.2 線性定常系統的狀態能控性 3.2.3 線性定常系統的輸出能控性 3.3 線性連續系統的能觀測性 3.3.1 狀態能觀測性 3.3.2 線性定常連續系統的狀態能觀測性 3.4 線性離散系統的能控性和能觀測性 3.4.1 線性定常離散系統的能控性 3.4.2 線性定常離散系統的能觀測性 3.4.3 離散化系統的能控性和能觀測性 3.5 對偶性原理 3.6 系統的能控性和能觀測性與傳遞函數陣的關系 3.6.1 系統的結構分解 3.6.2 系統傳遞函數中零點、極點相消定理 3.7 系統的能控標準形和能觀測標準形 3.7.1 系統的能控標準形 3.7.2 系統的能觀測標準形 3.8 實現問題 3.8.1 定義和基本特性 3.8.2 按標準形實現 3.8.3 *小實現 解題示范 學習指導與小結 習題第4章 控制系統的狀態空間綜合 4.1 狀態反饋和輸出反饋 4.1.1 狀態反饋 4.1.2 輸出反饋 4.1.3 閉環系統的能控性和能觀測性 4.2 極點配置 4.2.1 狀態反饋極點配置 4.2.2 具有輸入變換器和串聯補償器的狀態反饋極點配置 4.2.3 輸出反饋極點配置 4.3 解耦控制 4.3.1 解耦的定義 4.3.2 串聯解耦 4.3.3 狀態反饋解耦 4.4 狀態觀測器設計 4.4.1 狀態重構原理 4.4.2 全維狀態觀測器的設計 4.4.3 降維狀態觀測器的設計 4.5 帶狀態觀測器的狀態反饋閉環系統 4.5.1 系統的結構 4.5.2 系統的基本特性 解題示范 學習指導與小結 習題第5章 控制系統的李雅普諾夫穩定性分析 5.1 李雅普諾夫穩定性定義 5.1.1 平衡狀態 5.1.2 范數的概念 5.1.3 李雅普諾夫穩定性定義 5.2 李雅普諾夫穩定性理論 5.2.1 李雅普諾夫**法 5.2.2 二次型函數 5.2.3 李雅普諾夫第二法 5.3 線性系統的李雅普諾夫穩定性分析 5.3.1 線性定常連續系統 5.3.2 線性時變連續系統 5.3.3 線性定常離散系統 5.3.4 線性時變離散系統 5.4 非線性系統的李雅普諾夫穩定性分析 5.4.1 克拉索夫斯基法 5.4.2 阿依捷爾曼法 5.4.3 變量-梯度法 5.5 李雅普諾夫第二法在系統設計中的應用 5.5.1 狀態反饋的設計 5.5.2 用李雅普諾夫函數估算系統響應的快速性 5.5.3 參數*優化設計 解題示范 學習指導與小結 習題第6章 現代控制理論的MATLAB仿真與系統試驗 6.1 MATLAB簡介 6.1.1 MATLAB的安裝 6.1.2 MATLAB工作界面 6.1.3 MATLAB命令窗口 6.2 MATLAB基本操作命令 6.2.1 簡單矩陣的輸入 6.2.2 復數矩陣的輸入 6.2.3 MATLAB語句和變量 6.2.4 語句以“％”開始和以分號“；”結束的特殊效用 6.2.5 工作空間信息的獲取、退出和保存 6.2.6 常數與算術運算符 6.2.7 選擇輸出格式 6.2.8 MATLAB圖形窗口 6.2.9 剪貼板的使用 6.2.10 MATLAB編程指南 6.3 MATLAB用于控制系統的計算與建模 6.3.1 用MATLAB建立系統數學模型 6.3.2 模型之間的轉換 6.3.3 子系統的連接 6.3.4 系統的零點、極點及特征多項式 6.3.5 狀態的線性變換與標準形 6.3.6 LTI對象的域元素求取 6.4 MATIAB用于控制系統的分析與設計 6.4.1 MATLAB繪制二維圖形的基本知識 6.4.2 用MATLAB分析控制系統性能 6.4.3 控制系統的設計 6.5 Simulink方法建模與仿真 6.6 現代控制理論的模擬實驗與Simulink仿真 實驗一 時間響應測試 實驗二 狀態觀測器設計及帶觀測器的閉環系統響應測試 實驗三 多變量解耦控制 6.7 現代控制理論的倒立擺實時控制實驗 6.7.1 倒立擺系統簡介 6.7.2 運動控制基礎實驗 實驗一 直線一級倒立擺建模 實驗二 一級倒立擺狀態變量的時間響應 實驗三 一級倒立擺狀態反饋設計及時間響應 實驗四 直線一級倒立擺狀態反饋實時控制 實驗五 直線一級倒立擺自動擺起控制實驗 實驗六 直線一級順擺建模和實時控制 實驗七 直線一級倒立擺狀態觀測器的設計 實驗八 直線一級倒立擺帶狀態觀測器的狀態反饋實時控制 實驗九 直線一級倒立擺系統穩定的控制器的設計及實時控制附錄 MATLAB常用命令參考文獻