“現代控制理論”是系統和控制科學的一門基礎課程,也是自動化類專業的一門核心課程,主要講解以狀態空間方法為基礎的系統分析和設計方法,主要內容包括系統的狀態方程描述,狀態方程的解,系統的能控性和能觀性,李雅普諾夫穩定性理論,控制系統的狀態空間設計方法,最優控制等。
《現代控制理論(第二版)》與作者已出版的《自動控制原理》成上下冊,這套教材的特點是強調基礎性和系統性,注重基本概念及其工程意義的闡述;在內容安排上盡量滿足不同教學計劃的授課要求,做到層次分明;在寫作上力求做到內容精簡,邏輯嚴密,盡量避免復雜數學公式的推導,符合工科學生的思維特點和認識規律。
《現代控制理論(第二版)》可作為高等院校自動化、電氣工程及其自動化、機電一體化和其他相關專業的本科生或碩士生教材,也可供相關專業技術人員參考。
注意結合工程意義講解基本概念,注重內容的工程性和系統性
突出解決問題的思路與方法,對知識的講解力求做到深入淺出
避免復雜公式推導,力求做到層次清楚、內容精簡、邏輯性強
章節及內容安排可以滿足不同學時的授課要求
可為任課教師提供電子課件
本書主要講解以狀態空間描述為基礎的系統分析和設計方法,內容包括線性系統的分析和設計方法,李雅普諾夫穩定性理論和最優控制理論,是作者已出版的《自動控制原理》的配套教材。
“自動控制原理”和“現代控制理論”是控制工程學科的核心課程,一方面控制科學是奠定在堅實的數學基礎之上的,理論性較強;另一方面控制科學的最終目標是工程應用,它又有很強的工程性和實踐性。因此,教材如何在內容上做到理論聯系實際,使學生能夠深刻理解所學知識的工程背景和工程含義,而不是去死記一些干巴巴的數學公式和結論,這對學生運用所學知識解決實際問題能力的培養將是至關重要的。
出于上述考慮,作者有意識地加強了書中各知識點工程意義的解釋,并注意結合經典控制理論的知識來加深對現代控制理論相關內容的理解,考慮到多變量系統零、極點的知識對學生從整體上把握多變量控制系統的結構特征,深刻理解能控性和能觀性,建立經典和現代控制理論,乃至時域和頻域方法之間的聯系都是很有益處的,書中增加了相關內容的介紹。另外,結合作者的研究工作,以例題的形式給出了一類非線性時變系統穩定性的結果(例4.24)。
注意到目前現代控制理論課程有所加強的趨勢,和適應不同學時、本科生或研究生的不同教學要求,本書安排了傳遞函數矩陣的零、極點(2-6),系統連接后的零、極點(2-7),多輸入多輸出系統的標準型(2-8),串聯和反饋連接系統的能控性和能觀性(3-5),絕對穩定性理論(4-6),無源性設計(4-7),多輸入多輸出系統的極點配置(5-2),狀態反饋去耦設計(5-6),漸近跟蹤調節器設計(5-7)和最優控制理論(第6章)的內容。對于線性離散時間系統,在狀態空間描述、傳遞函數、能控能觀性、穩定性、標準型及系統設計方法等方面與連續時間系統有平行的結論,本書只做簡單介紹。對于本科生32學時的教學計劃來說,建議這些內容不講,或有選擇地選擇其中的部分內容,對于本科生48學時或以上的教學計劃來說,建議對上述內容的部分或全部進行系統地講解。
前言
第1章 緒論
1-1 控制理論的形成與發展
1-2 現代控制理論的應用舉例
1-3 本書的內容及教學建議
習題
第2章 系統的狀態方程描述和狀態方程的解
2-1 系統的狀態方程和狀態空間表達式
2-2 傳遞函數的幾種標準實現
2-3 線性變換
2-4 線性系統狀態方程的解
2-5 線性系統的穩定性分析
2-6 系統的傳遞函數矩陣
2-7 系統的連接
2-8 線性離散時間系統
習題
第3章 線性系統的能控性和能觀性
3-1 連續時間線性系統的能控性和能觀性
3-2 連續時間線性系統的能控性和能觀性判據
3-3 用約當標準型判定系統的能控性和能觀性
3-4 用傳遞函數矩陣判定系統的能控性和能觀性
3-5 串聯和反饋連接系統的能控性和能觀性
3-6 離散時間線性系統的能控性和能觀性
3-7 系統的結構分解
3-8 系統的標準型
習題
第4章 系統的穩定性分析
4-1 李雅普諾夫穩定性
4-2 李雅普諾夫第二法(直接法)
4-3 構造李雅普諾夫函數的規則化方法
4-4 李雅普諾夫第一法(間接法)
4-5 線性系統的穩定性分析
4-6 絕對穩定性理論
4-7 無源性設計
習題
第5章 控制系統狀態空間設計方法
5-1 狀態反饋及對系統特性的影響
5-2 極點配置問題
5-3 系統鎮定問題
5-4 系統實現問題
5-5 狀態觀測器設計
5-6 輸入輸出解耦設計
5-7 漸近跟蹤調節器設計
習題
第6章 動態系統的最優控制
6-1 最優控制問題的數學描述
6-2 泛函和泛函的極值
6-3 用變分法解決最優控制問題
6-4 線性系統的二次型性能指標最優控制
6-5 最小值原理
6-6 動態規劃
6-7 用動態規劃法解決最優控制問題
習題
參考文獻
附錄 MATLAB函數一覽表
部分習題參考答案
本書以狀態空間分析方法為基礎,系統介紹現代控制工程的系統分析方法和設計方法,主要內容包括:系統的狀態方程和狀態空間表達式,非奇異線性變換,狀態方程的解,系統的能控性、能觀性和判定方法,李亞普諾夫穩定性,狀態反饋和極點配置,狀態觀測器,卡爾曼濾波器,解耦控制,最優控制,最小值原理,二次型性能指標最優控制等。