《現代控制理論基礎》主要介紹控制系統基本理論和相關知識，包括一般控制系統狀態空間描述及其表達式、線性控制系統穩定性、能觀性和能控性分析、狀態反饋與觀測以及控制系統的最優化設計等內容。全書內容系統，概念準確、公式規范，理論結合工程實踐，每章都安排了一節利用MATLAB對線性系統分析和設計和內容，實用性強。
姜萬錄，燕山大學機電控制工程系，教授、博導，81年9月－85年7月，東重檢測技術與儀器專業，本科學習
85年7月－87年8月，東重檢測教研室，助教
87年9月－90年3月，燕大電力傳動及自動化專業，攻讀碩士學位
90年3月－91年12月，燕大液壓教研室，助教
91年12月－98年9月，燕大液壓教研室，講師
98年9月－00年12月，燕大機電控制工程研究所（液壓），副教授
00年12月－03年3月，燕大機電控制工程研究所（液壓），教授
03年3月－10年2月，燕大機電控制工程研究所（液壓），教授、博士生導師
10年3月－今，燕大機電控制工程系（液壓），教授、博士生導師
期間：
95年9月－01年8月，燕大機械電子工程專業，攻讀博士學位
05年12月－06年11月，英國University of Leicester訪問學者
科研獲獎：
1.“冷帶軋機高精度液壓厚度自動控制（液壓AGC）系統關鍵技術及應用”，2009年國家科技進步二等獎（個人獲獎證書號：2009-J-216-2-08-R02）。第2名。
2.“1450mm五機架冷連軋機高精度厚度自動控制（液壓AGC）系統研制”，2008年機械工業聯合會科技進步二等獎（個人獲獎證書號：0804008-02）。第2名。
3.“單機架冷帶軋機高精度液壓厚度自動控制（AGC）系統研制”，2008年河北省科技進步一等獎（個人獲獎證書號：2008JB1005-3）。第3名。
4.“小波混沌弱信號檢測及信息融合技術研究”，2006年河北省科技進步三等獎（個人獲獎證書號：2006JB3142-04）。第4名。
5.“基于弱信號檢測及信息融合的機械故障及趨勢預報”，2006年中國機械工業科學技術三等獎（個人獲獎證書號：0603009-04）。第4名。
6. 攀枝花西南精密帶鋼廠“IGC650HCW冷帶軋機成套設備研制及關鍵技術研究”，1997年鑒定，1998年12月獲國家機械工業局科技進步一等獎（個人獲獎證書號：9804032-08），1999年12月獲國家科技進步二等獎（個人獲獎證書號：05-2-003-08）。負責電控、電測系統。第8名。
7. 大慶石化總廠機械廠“千噸水壓機控制系統更新及可靠性研究”， 1999年鑒定，2000年8月秦皇島市科技進步二等獎(個人獲獎證書號：2000206-3)，2000年12月河北省科技進步二等獎(個人獲獎證書號：20002006-3)。電控系統負責人。第3名。
8. 慶石化總廠“工程機械液壓元件綜合試驗臺”。伺服電測系統負責人，1997年鑒定，1998年國家機械工業局科技進步三等獎。
9. 虛擬儀器技術在液壓CAT中的應用,2001年11月獲1996～2001年度中國機械工程學會論文一等獎。
榮譽稱號：
1. 1996年秋至1998年秋機械工程學院教學一等獎。
2. 2000年入選教育部高等學校骨干教師資助計劃。
3. 2001年被評為秦皇島市年輕學術技術帶頭人。
4. 2001年獲得河北省中青年骨干教師津貼。
5. 2010年河北省“三三三人才工程”第二層次人選。
6. 2011年第六批河北省省管專家
社會兼職：
1. 中國機械工程學會流體傳動與控制分會委員
2. 中國人工智能學會智能控制與智能管理專業委員會委員
3. 河北省青年科技工作者協會第二屆理事會理事
4. 中國機械工程學會高級會員
5. 中國計量測試學會會員
第1章緒論/001
1.1控制理論的產生及其發展歷程001
1.1.1經典控制理論階段001
1.1.2現代控制理論階段002
1.1.3大系統理論和智能控制理論階段003
1.1.4網絡化控制系統理論階段004
1.2現代控制理論與經典控制理論的區別005
1.3現代控制理論的主要內容005
1.3.1線性系統理論006
1.3.2系統辨識006
1.3.3最優濾波理論006
1.3.4最優控制007
1.3.5自適應控制007
第2章線性控制系統的狀態空間描述/009
2.1狀態空間描述的概念009
2.1.1狀態空間描述的基本概念009
2.1.2控制系統的狀態空間描述舉例010
2.1.3線性系統的狀態空間描述的一般形式013
2.1.4狀態空間描述的特點015
2.2線性系統的時域微分方程化為狀態空間表達式015
2.2.1微分方程右端不包含輸入變量的各階導數016
2.2.2微分方程右端包含輸入變量的各階導數017
2.3線性系統的頻域傳遞函數化為狀態空間表達式019
2.3.1系統傳遞函數的極點為兩兩相異的單根019
2.3.2系統傳遞函數的極點為重根020
2.3.3系統傳遞函數同時具有單極點和重極點022
2.4根據線性系統的狀態變量圖列寫狀態空間表達式023
2.4.1一階線性系統的狀態空間表達式023
2.4.2二階線性系統的狀態空間表達式025
2.4.3n階線性系統的狀態空間表達式026
2.5根據線性系統的結構圖導出狀態空間表達式028
2.6將線性系統狀態方程化為標準形式030
2.6.1線性系統的特征值及其不變性030
2.6.2將線性系統狀態方程化為對角標準型031
2.6.3將線性系統狀態方程化為約當標準型035
2.7基于MATLAB的控制系統狀態空間描述037
2.7.1利用MATLAB描述控制系統模型037
2.7.2狀態空間表達式與傳遞函數矩陣的相互轉換039
2.7.3系統的線性變換041
2.7.4系統模型的連接043
2.8小結044
習題045
第3章線性控制系統的運動與離散化/048
3.1線性定常系統的自由運動048
3.1.1自由運動的定義048
3.1.2自由運動的討論048
3.2狀態轉移矩陣eAt的計算方法049
3.2.1根據狀態轉移矩陣的定義求解050
3.2.2用拉普拉斯反變換法求解050
3.2.3將eAt化為A的有限多項式來求解050
3.2.4通過非奇異變換法求解052
3.3線性定常系統的受控運動054
3.4線性時變連續系統狀態方程求解057
3.4.1時變齊次狀態方程的解057
3.4.2線性時變系統狀態轉移矩陣061
3.4.3線性時變系統非齊次狀態方程的解062
3.5離散時間系統的狀態空間描述064
3.5.1將標量差分方程化為狀態空間表達式065
3.5.2將脈沖傳遞函數化為狀態空間表達式067
3.5.3離散時間系統狀態空間表達式的一般形式068
3.6離散時間系統狀態方程的求解069
3.6.1迭代法069
3.6.2z反變換法070
3.7線性連續時間系統的離散化072
3.7.1時域中線性連續系統的離散化073
3.7.2頻域中線性連續系統的離散化077
3.7.3離散化過程中采樣周期T的合理選取078
3.8利用MATLAB求解系統的狀態空間表達式079
3.8.1連續時間系統狀態方程的求解079
3.8.2離散時間系統狀態方程的求解079
3.8.3線性系統狀態空間表達式的離散化080
3.9小結082
習題082
第4章控制系統的李雅普諾夫穩定性分析/085
4.1李雅普諾夫穩定性的基本概念085
4.1.1系統的平衡狀態085
4.1.2范數的概念086
4.1.3李雅普諾夫穩定性的定義087
4.2李雅普諾夫穩定性理論088
4.2.1李雅普諾夫第一法088
4.2.2二次型函數090
4.2.3李雅普諾夫第二法092
4.3線性系統的李雅普諾夫穩定性分析095
4.3.1線性定常連續系統的漸近穩定判據095
4.3.2線性時變連續系統的漸近穩定判據099
4.3.3線性定常離散系統的漸近穩定判據099
4.3.4線性時變離散系統的漸近穩定判據100
4.4非線性系統的李雅普諾夫穩定性分析101
4.4.1雅可比矩陣法101
4.4.2變量梯度法103
4.5利用MATLAB分析系統的穩定性109
4.6小結111
習題112
第5章線性控制系統的能控性和能觀測性/114
5.1能控性與能觀測性的定義114
5.1.1能控性的定義114
5.1.2能觀測性的定義115
5.2線性定常連續系統的能控性116
5.2.1具有對角標準型或約當標準型系統的能控性判別116
5.2.2利用能控性矩陣判別系統的能控性122
5.3線性定常系統的能觀測性126
5.3.1化成對角標準型或約當標準型的判別方法126
5.3.2利用能觀測性矩陣判斷系統的能觀測性128
5.4線性時變系統的能控性和能觀測性129
5.4.1能控性判別129
5.4.2能觀測性判別133
5.4.3與連續定常系統的判別法則之間的關系136
5.5線性定常離散系統的能控性和能觀測性137
5.5.1能控性矩陣及能控性判別137
5.5.2能觀測性矩陣及能觀測性判別140
5.6能控性和能觀測性的對偶原理140
5.6.1線性系統的對偶關系141
5.6.2定常系統的對偶原理142
5.6.3時變系統的對偶原理142
5.7單輸入單輸出系統的能控標準型和能觀測標準型143
5.7.1能控標準型144
5.7.2能觀測標準型147
5.7.3根據傳遞函數確定能控與能觀測標準型149
5.8線性系統的結構分解150
5.8.1按能控性進行分解150
5.8.2按能觀測性進行分解152
5.8.3按能控性和能觀測性進行分解155
5.9系統的實現161
5.9.1實現問題的基本概念161
5.9.2能控標準型實現和能觀測標準型實現161
5.9.3最小實現164
5.10傳遞函數矩陣與能控性和能觀測性之間的關系168
5.11利用MATLAB分析系統的能控性與能觀測性170
5.12小結172
習題173
第6章狀態負反饋和狀態觀測器設計/176
6.1線性反饋控制系統的結構類別176
6.1.1狀態負反饋176
6.1.2輸出負反饋177
6.1.3從輸出到狀態向量導數x· 的負反饋179
6.1.4閉環系統的能控性和能觀測性180
6.2閉環系統的極點配置181
6.2.1采用狀態負反饋實現極點配置181
6.2.2采用從輸出到輸入端負反饋實現極點配置185
6.2.3采用從輸出到狀態向量導數x·的負反饋實現極點配置185
6.2.4多輸入多輸出系統的極點配置187
6.2.5系統的鎮定問題188
6.3系統的解耦控制191
6.3.1串聯解耦192
6.3.2負反饋解耦193
6.4狀態觀測器的設計199
6.4.1狀態重構問題199
6.4.2觀測器的存在性201
6.4.3全維觀測器的設計202
6.4.4降維觀測器的設計204
6.5帶狀態觀測器的閉環控制系統208
6.5.1帶狀態觀測器的閉環控制系統的結構208
6.5.2帶狀態觀測器的閉環控制系統的特征209
6.6利用MATLAB設計系統的狀態負反饋和狀態觀測器212
6.6.1狀態負反饋閉環系統的極點配置212
6.6.2狀態觀測器的設計213
6.6.3帶狀態觀測器的閉環系統極點配置216
6.7小結217
習題218
第7章最優控制原理及系統設計/221
7.1最優控制的基本概念221
7.1.1最優控制問題的數學描述221
7.1.2最優控制的提法223
7.2變分法基礎225
7.2.1泛函與變分225
7.2.2固定端點的變分問題227
7.2.3可變端點的變分問題229
7.3應用變分法求解最優控制問題234
7.3.1固定端點的最優控制問題234
7.3.2可變端點的最優控制問題237
7.4極大值原理242
7.4.1連續系統的極大值原理242
7.4.2離散系統的極大值原理244
7.5線性二次型最優控制問題246
7.5.1線性二次型問題247
7.5.2狀態調節器247
7.5.3輸出調節器253
7.5.4輸出跟蹤器255
7.6最小時間系統的控制258
7.7利用MATLAB求解線性二次型最優控制問題263
7.8小結266
習題267
參考文獻/270
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