现代控制理论及应用

目录
绪论 1
0.1 现代控制理论概述 1
0.1.1 控制理论的发展 1
0.1.2 现代控制理论与经典控制理论的不同点 2
0.2 本书主要内容结构 2
第1章 控制系统的状态空间描述 4
1.1 动态系统的状态空间描述 4
1.1.1 一般概念 4
1.1.2 控制系统状态空间数学描述(模型) 5
1.1.3 状态空间描述建模实例 7
1.1.4 关于状态空间描述的几点概念性结论 10
1.2 数学模型变换 14
1.2.1 经典时域模型转换为状态空间模型 15
1.2.2 经典频域模型转换为状态空间模型 19
1.3 状态变量图法 32
1.3.1 直接程序法 33
1.3.2 并接程序法 38
1.3.3 串接程序法 38
1.3.4 框图法——单一回路处理法 39
1.4 系统的传递函数阵 42
1.4.1 传递函数阵G(s)的推证 42
1.4.2 Leverner计算法 45
1.5 线性组合系统的状态空间描述 47
1.5.1 子系统的属性 47
1.5.2 组合系统的数学描述 48
1.6 离散时间系统的状态空间描述 50
第2章 线性系统的运动分析 59
2.1 状态方程解的一般概念 59
2.1.1 系统特征值 59
2.1.2 状态方程的规范型 60
2.1.3 状态方程规范化的方法 61
2.1.4 时不变系统的矩阵指数eΑt 71
2.2 时不变系统的解 76
2.2.1 自由系统运动分析 76
2.2.2 强迫系统运动分析 81
2.3 时变系统的解 84
2.3.1 自由系统运动分析 84
2.3.2 强迫系统分析 85
2.4 系统响应 87
2.4.1 系统响应的概念 87
2.4.2 线性系统的脉冲响应函数矩阵 88
2.5 离散时间系统状态方程的解 89
2.5.1 迭代法 89
2.5.2 z变换法求解 91
2.5.3 由连续时间系统离散化求取系统状态空间模型 92
第3章 线性系统的能控性和能观性 99
3.1 线性系统的能控性定义 99
3.1.1 定义 99
3.1.2 对定义进一步的解释 99
3.1.3 关于不能控的定理 102
3.2 线性连续系统的能控性判据 104
3.2.1 线性时变系统的能控性判据 104
3.2.2 线性时不变系统的能控性判据 107
3.3 线性定常系统输出能控性 119
3.3.1 输出能控性定义 119
3.3.2 输出能控性判据 119
3.4 线性系统能观性定义 121
3.4.1 定义 121
3.4.2 对定义的解释 121
3.5 线性系统能观性判据 123
3.5.1 线性时变系统能观性判据 123
3.5.2 线性时不变系统∑(Α，C)能观性判据 124
3.6 系统的能控规范型和能观规范型 134
3.6.1 能控规范型 134
3.6.2 能观规范型 137
3.7 线性系统对偶定理 140
3.7.1 对偶系统 140
3.7.2 框图结构 140
3.7.3 对偶关系 140
3.7.4 两对偶系统特征值之间的关系 141
3.7.5 对偶原理(对偶定理)141
3.7.6 传递函数阵 142
3.7.7 对偶系统的状态转移阵 142
3.8 系统的结构分解 143
3.8.1 按能控性分解 143
3.8.2 按能观性分解 146
3.8.3 标准分解 147
3.8.4 实现结构分解的方法 149
3.9 系统的实现问题 152
3.9.1 实现 152
3.9.2 最小实现 152
3.9.3 最小实现的应用实例 155
3.10 传递函数矩阵G(s)与能控能观性间的关系 159
3.10.1 能控能观性与系统零极点之间的关系 159
3.10.2 G(s)与能控能观性间关系的进一步结论 163
3.11 离散时间系统的能控性和能观性 168
3.11.1 线性时不变离散系统的状态能控性 168
3.11.2 线性时不变离散系统的状态能观性 171
3.11.3 连续系统离散化后的状态能控性和能观性 174
第4章 稳定性理论 183
4.1 稳定性一般概念 183
4.1.1 李雅普诺夫第一法——间接方法 183
4.1.2 李雅普诺夫第二法——直接法 184
4.2 有界输入有界输出系统的稳定性 185
4.2.1 BIBO系统的概念 185
4.2.2 关于BIBO稳定性的定理 186
4.2.3 BIBO稳定性判据 187
4.3 基于李雅普诺夫意义下的稳定性定义 187
4.3.1 一般定义 188
4.3.2 时不变系统的稳定性 190
4.4 基于李雅普诺夫第二方法的稳定性定理 195
4.4.1 主稳定性定理 195
4.4.2 不稳定性定理 199
4.4.3 关于李雅普诺夫函数 199
4.5 系统的李雅普诺夫方程 200
4.5.1 矩阵的正定问题 200
4.5.2 李雅普诺夫方程 203
4.6 非线性系统的稳定性定理 205
4.6.1 克拉索夫斯基法 206
4.6.2 变量梯度法 209
4.7 李雅普诺夫函数的非稳定性应用 212
4.7.1 估计收敛速度 213
4.7.2 解最优参数问题 216
4.8 离散系统的稳定性 219
4.8.1 线性时不变离散系统 219
4.8.2 非线性离散时间系统 221
第5章 线性系统综合理论 225
5.1 系统(框图)结构类型 225
5.1.1 一般结构形式 225
5.1.2 开环系统 228
5.1.3 闭环系统的结构形式 229
5.2 组合系统的性质 230
5.2.1 并联结构的性质 231
5.2.2 串联结构的性质 231
5.2.3 反馈结构的性质 231
5.2.4 各种结构间的性质 231
5.3 极点配置问题 231
5.3.1 概念 232
5.3.2 基于状态反馈的极点配置 232
5.4 状态重构问题 242
5.4.1 观测器的定义 242
5.4.2 观测器的结构 243
5.4.3 观测器的存在条件 244
5.4.4 观测器的类型 246
5.5 观测器设计 251
5.5.1 观测器反馈阵G的设计 252
5.5.2 设计带有观测器的状态反馈阵 255
5.6 系统解耦问题 258
5.6.1 补偿器解耦(串联补偿器) 259
5.6.2 状态反馈解耦 261
5.7 系统镇定问题 267
5.7.1 系统镇定概念 267
5.7.2 系统镇定的实现方法 268
5.7.3 系统可镇定条件 268
参考文献 276