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现代控制理论及应用

田小敏 / 电子工业出版社 / 2025-05 / 平装

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图书 > 综合性图书
现代控制理论及应用
作者: 田小敏

出版社: 电子工业出版社

出版时间: 2025-05

版次: 1

ISBN: 9787121502187

定价: 98.00

装帧: 平装

开本: 16开

页数: 305页
内容简介：

本书共7章，主要介绍现代控制理论的基本知识，包括系统的空间表达式的建立及特殊标准型、系统的方程的求解及质、系统的能控和能观的标准型及结构分解、李雅普诺夫意义下稳定的判别及应用、线系统反馈控制器及观测器的设计等。在介绍现代控制理论基本知识前，本书还辅以必要的矩阵数学知识来帮助读者在后续学过程中更容易理解和掌握相关内容。本书内容在结构安排上深入浅出，按照先基础后综合、先理论后应用的原则，尽可能从实际背景的分析中提出要讨论的问题、概念和方法。主要内容所在章节还给出了相应的matlab应用实例，方便读者进一步理解课程内容。为让读者理解现代控制理论与传统经典控制理论之间的关系，本书部分内容将两者之间的联系通过相关工程实例予以显示，并介绍相互转化的方法，方便读者学掌握。本书积极挖掘内容中蕴含的课程思政元素，进一步贯彻落实党的教育方针，推行五育并举的理念，培养担当民族复兴大任的时代新人。本书适合作为高等院校自动化类、电气工程类等专业本科生和控制类专业的教材，也适合作为从事自动化方面工作的科技人员的学参书。

目录：

章绪论1
1.1　控制理论的产生与发展1
1.2　现代控制理论的基本内容2
1.3　现代控制理论的应用2
1.4　控制一个动态系统的基本步骤4
第2章基本数学知识5
2.1　矩阵与行列式5
2.1.1　矩阵5
2.1.2　矩阵运算6
2.1.3　分块矩阵11
2.1.4　行列式的定义与计算12
2.1.5　分块矩阵行列式的质13
2.2　基本矩阵与特殊矩阵13
2.2.1　对角矩阵13
2.2.2　奇异矩阵与三角矩阵14
2.2.3　转置矩阵与对称矩阵15
2.2.4　正定矩阵与特殊矩阵16
2.3　特征值问题和矩阵秩17
2.3.1　特征多项式和特征方程17
2.3.2　特征矢量18
2.3.3　矩阵的秩20
2.4　矩阵变换20
2.4.1　相似变换20
2.4.2　矩阵对角化21
题22
第3章控制系统的空间表达式23
3.1　基本概念23
3.2　空间描述25
3.2.1　几个定义25
3.2.2　空间表达式的一般形式25
3.3　空间表达式的模拟结构图31
3.3.1　绘制模拟结构图的基本方法31
3.3.2　一阶系统的模拟结构图32
3.3.3　单输入―单输出三阶系统的模拟结构图32
3.3.4　两输入―两输出二阶系统的模拟结构图33
3.4　空间表达式的建立33
3.4.1　根据系统结构图建立空间表达式34
3.4.2　由系统机理建立空间表达式37
3.4.3　由系统运动方程或传递函数建立空间表达式41
3.5　矢量的线变换（坐标变换）49
3.5.1　系统空间表达式的非49
3.5.2　系统特征值的不变和系统的不变量52
3.5.3　空间表达式变换为约旦标准型实现56
3.6　由空间表达式求传递函数（阵）64
3.6.1　传递函数（阵）65
3.6.2　组合系统的传递函数（阵）66
3.7　离散时间系统的空间表达式69
3.7.1　空间描述69
3.7.2　脉冲传递（函数）矩阵72
3.8　空间的matlab描述74
3.8.1　数学模型的建立74
3.8.2　模型间的转换76
3.8.3　组合系统的传递函数（阵）78
3.8.4　线变换79
本章小结及思政元素82
题83
第4章线系统的运动分析87
4.1　线定常系统齐次方程的解（自由解）87
4.2　矩阵指数函数――转移矩阵88
4.2.1　转移矩阵的含义88
4.2.2　转移矩阵的基本质89
4.2.3　几个特殊的矩阵指数函数92
4.2.4　转移矩阵的计算95
4.3　线定常系统非齐次方程的解102
4.4　线时变系统的运动分析106
4.4.1　线时变系统齐次方程的解107
4.4.2　转移矩阵φ(t,t0)的基本质107
4.4.3　线时变系统的转移矩阵φ(t,t0)的计算109
4.4.4　线时变系统非齐次方程的解112
4.4.5　线时变系统的输出113
4.5　线系统的脉冲响应矩阵113
4.5.1　线时变系统的脉冲响应矩阵113
4.5.2　线定常系统的脉冲响应矩阵114
4.5.3　传递矩阵与脉冲响应矩阵的关系114
4.5.4　利用脉冲响应矩阵计算控制系统的输出115
4.6　连续系统的离散化116
4.6.1　问题的提出116
4.6.2　基本设116
4.6.3　线定常系统的离散化117
4.6.4　近似离散化118
4.6.5　线时变系统的离散化119
4.7　线离散系统的运动分析120
4.7.1　线定常离散时间系统方程的解120
4.7.2　线时变离散系统方程的解123
4.8　基于matlab的运动分析124
4.8.1　基于matlab的线定常系统的运动分析124
4.8.2　基于matlab的线离散系统的运动分析128
本章小结及思政元素131
题132
第5章系统的能控和能观135
5.1　能控的定义135
5.2　线定常连续系统的能控136
5.2.1　约旦标准型系统的能控判别137
5.2.2　直接根据矩阵a与矩阵b判断系统的能控142
5.3　线定常连续系统的能观146
5.3.1　能观定义147
5.3.2　线定常连续系统能观的判断148
5.4　线定常离散系统的能控与能观155
5.4.1　能控判别矩阵m155
5.4.2　能观判别矩阵n158
5.5　线时变连续系统的能控和能观159
5.5.1　能控判别159
5.5.2　能观判别163
5.5.3　线时变连续系统和线定常连续系统能控与能观判别准则之间的关系166
5.6　能控与能观的对偶关系167
5.6.1　线系统的对偶关系168
5.6.2　对偶169
5.7　能控标准型与能观标准型170
5.7.1　单输入系统的能控标准型170
5.7.2　单输出系统的能观标准型177
5.8　线系统的结构分解180
5.8.1　按能控分解180
5.8.2　按能观分解183
5.8.3　按能控和能观进行分解185
5.9　传递函数矩阵的实现问题190
5.9.1　实现的基本概念190
5.9.2　多输入―多输出系统的能控与能观标准型实现191
5.9.3　小实现193
5.10　传递函数零极点对消与系统能控和能观的关系196
5.11　利用matlab分析能控与能观198
5.11.1　常用函数198
5.11.2　控制实例199
本章小结及思政元素205
题206
第6章控制系统的稳定210
6.1　外部稳定与稳定210
6.1.1　外部稳定211
6.1.2　稳定211
6.2　李雅普诺夫定义下的稳定212
6.2.1　系统的衡213
6.2.2　矢量范数214
6.2.3　李雅普诺夫意义下的稳定定义214
6.2.4　外部稳定与稳定之间的关系219
6.3　李雅普诺夫法220
6.3.1　线定常系统的稳定分析220
6.3.2　线时变系统的稳定分析222
6.3.3　非线系统的稳定分析222
6.4　李雅普诺夫第二法224
6.4.1　标量函数v(x)的符号质225
6.4.2　二次型标量函数的符号质225
6.4.3　李雅普诺夫第二法的稳定判据226
6.5　李雅普诺夫法在线系统中的应用233
6.5.1　李雅普诺夫矩阵方程233
6.5.2　李雅普诺夫矩阵方程在线定常系统稳定判断中的应用234
6.5.3　基于李雅普诺夫第二法的线时变系统的稳定分析236
6.5.4　线定常离散系统的稳定237
6.6　李雅普诺夫第二法在非线系统中的应用238
6.6.1　克拉索夫斯基法239
6.6.2　阿塞尔曼法242
6.7　基于matlab的系统稳定分析244
6.7.1　系统稳定分析常用的函数244
6.7.2　基于matlab的系统稳定分析实例244
本章小结及思政元素247
题248
第7章线定常系统的综合250
7.1　线反馈控制系统的基本结构及其特250
7.1.1　反馈250
7.1.2　输出反馈251
7.1.3　从输出到矢量导数的线反馈252
7.1.4　动态补偿器253
7.1.5　闭环系统的能控与能观254
7.2　极点配置问题256
7.2.1　期望极点对系统动态能的影响256
7.2.2　采用反馈进行极点配置257
7.2.3　采用输出反馈进行极点配置264
7.2.4　采用从输出到的线反馈进行极点配置265
7.3　系统镇定问题267
7.4　系统解耦问题270
7.4.1　前馈补偿器解耦271
7.4.2　反馈解耦271
7.5　观测器275
7.5.1　观测器的定义275
7.5.2　观测器的存在275
7.5.3　观测器的实现276
7.5.4　反馈矩阵的设计278
7.5.5　降维观测器280
7.6　带观测器的反馈系统285
7.6.1　系统的结构与空间表达式285
7.6.2　闭环系统的基本特286
7.7　基于matlab的系统综合291
7.7.1　常用函数指令291
7.7.2　应用举例292
本章小结及思政元素302
题303
参文献306

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