現代控制理論（全國普通高校自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)規劃教材）簡(jiǎn)介，目錄書(shū)摘

編輯推薦:

《現代控制理論》是作者20多年來(lái)給清華大學(xué)、江南大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)本科生講授“現代控制理論”相關(guān)課程教學(xué)經(jīng)驗、科學(xué)研究經(jīng)驗，以及5年海外研究經(jīng)歷的結晶?！冬F代控制理論》經(jīng)過(guò)10余年試用，多次修改豐富而成，包含了作者在現代控制理論方面的一些研究成果。

與國內外同類(lèi)教材比較，主要特色與創(chuàng )新如下。

1. 組織結構清晰，寫(xiě)作方法獨特：《現代控制理論》吸收了國內外許多教材的寫(xiě)作特點(diǎn)，從控制論的產(chǎn)生，到控制科學(xué)的形成，揭示了控制方法與控制問(wèn)題的機理特征。

2. 內容新穎、創(chuàng )新性強：《現代控制理論》吸納了現代控制理論領(lǐng)域國內外的一些研究成果，如Z-S變換、時(shí)變增益觀(guān)測器、魯棒觀(guān)測-控制器、連續時(shí)間系統重構等。

3. 不僅傳授知識，而且傳授科學(xué)研究與創(chuàng )新的新思想和方法。除重點(diǎn)介紹一些基礎知識和基本方法外，《現代控制理論》還提出了一系列開(kāi)放性的研究課題，使讀者知曉現代控制理論中的研究難點(diǎn)和未來(lái)展望。

4. 《現代控制理論》將推動(dòng)國內“現代控制理論”課程的教材向研究型教材邁進(jìn)一大步。

內容簡(jiǎn)介:

現代控制理論是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)基礎課程. 本書(shū)是作者在清華大學(xué)、江南大學(xué)從事現代控制理論相關(guān)課程的教學(xué)和科研創(chuàng )新經(jīng)驗的結晶, 介紹現代控制理論的基礎知識: 動(dòng)態(tài)系統的狀態(tài)空間描述、線(xiàn)性系統的運動(dòng)分析、能控性、能觀(guān)測性、狀態(tài)反饋和觀(guān)測器等, 以及非線(xiàn)性系統的李雅普諾夫穩定性分析, 還介紹作者在現代控制理論方面的一些新研究成果: 連續系統離散化、Z.S 變換、卡爾曼濾波和連續系統重構.
本書(shū)不僅傳授知識, 而且還傳授科學(xué)研究與創(chuàng )新的新思想和新方法, 特別是提出了一系列值得深入研究的課題, 將引導讀者走上科學(xué)研究的道路. 書(shū)中一些MATLAB 仿真例子為初學(xué)者快速上手提供了學(xué)習藍本. 本書(shū)既可作為大學(xué)本科自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)“現代控制理論”課程的教材, 也可作為碩士和博士研究生“線(xiàn)性系統”課程的參考書(shū), 還可供自動(dòng)控制、電氣自動(dòng)化類(lèi)及相關(guān)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)高校教師和科技人員選用.

作者簡(jiǎn)介:

作者簡(jiǎn)介

    丁鋒，男，系統辨識專(zhuān)家、控制科學(xué)家、數學(xué)家；湖北廣水（應山縣）人；清華大學(xué)博士、University of Alberta 博士后；江南大學(xué)“太湖學(xué)者”特聘教授，博士生導師、學(xué)科帶頭人。
 在現代控制理論、輔助模型辨識、多信息辨識、遞階辨識、耦合辨識、迭代辨識、濾波辨識領(lǐng)域做出了杰出貢獻，提出了連續時(shí)間系統與離散時(shí)間系統間的Z-S變換，提出了用于時(shí)變離散時(shí)間系統遞推辨識方法與自適應控制方法有界收斂性半段工具——鞅超收斂定理，研究和提出了一系列辨識新方法；尤其在Z-S變換、辨識新方法、辨識方法性能分析等方面所做的貢獻，具有前瞻性和開(kāi)創(chuàng )性，在國內外都處于領(lǐng)先地位。

目錄:
第1 章緒論. 1
1.1 控制論的產(chǎn)生和發(fā)展.1
1.2 現代控制理論的分支.3
1.3 線(xiàn)性系統理論. . 4
1.4 最優(yōu)控制理論. . 5
1.5 系統辨識理論. . 6
1.6 自適應控制理論. 7
第2 章預備知識. . 9
2.1 矩陣與行列式. . 9
2.1.1 矩陣. . 9
2.1.2 矩陣運算.10
2.1.3 分塊矩陣.19
2.1.4 行列式的定義與計算. . 21
2.1.5 矩陣行列式性質(zhì). . 23
2.1.6 塊矩陣行列式. . 24
2.2 基本矩陣與特殊矩陣. .25
2.2.1 對角矩陣、斜對角矩陣. . 25
2.2.2 奇異矩陣、三角陣.27
2.2.3 置換矩陣、轉置矩陣. . 29
2.2.4 對稱(chēng)矩陣、反對稱(chēng)矩陣、斜對稱(chēng)矩陣. . 30
2.2.5 共軛矩陣、Hermitian 矩陣.33
2.2.6 正定矩陣、正交矩陣、酉矩陣.35
2.2.7 特殊矩陣.36
2.3 特征值問(wèn)題: 特征多項式、特征方程、特征值. 40
2.3.1 特征多項式和特征方程. . 40
2.3.2 特征向量.41
2.3.3 特征多項式. . 42
2.3.4 譜映射定理. . 44
2.4 矩陣秩、跡和基本引理. .44
2.4.1 矩陣秩.44
2.4.2 矩陣跡.45
2.4.3 矩陣求逆引理. . 47
2.4.4 奇異值分解. . 48
2.4.5 正定矩陣的平方根分解. . 49
X 目錄
2.5 矩陣變換. 49
2.5.1 相似變換.49
2.5.2 矩陣對角化. . 50
2.5.3 矩陣約當化. . 53
2.6 思考題. . 54
第3 章線(xiàn)性系統的狀態(tài)空間描述. . 58
3.1 狀態(tài)空間表達的例子. .58
3.1.1 標量系統的狀態(tài)空間表達. . 58
3.1.2 電路系統的狀態(tài)空間描述. . 62
3.1.3 彈簧阻尼系統的狀態(tài)空間描述. .64
3.1.4 機電系統的狀態(tài)空間描述. . 65
3.2 狀態(tài)空間系統表達式. .66
3.2.1 控制系統的類(lèi)別. . 67
3.2.2 連續時(shí)間系統狀態(tài)空間表達. . 68
3.2.3 離散時(shí)間系統狀態(tài)空間表達. . 72
3.3 連續時(shí)間系統的狀態(tài)空間模型. . 74
3.3.1 微分方程的傳遞函數表達. . 74
3.3.2 傳遞函數的控制器規范型實(shí)現. .75
3.3.3 微分方程的觀(guān)測器規范型實(shí)現. .77
3.4 狀態(tài)空間模型線(xiàn)性變換及其性質(zhì). .79
3.4.1 狀態(tài)空間模型的傳遞函數陣. . 79
3.4.2 狀態(tài)空間模型的線(xiàn)性變換. . 81
3.4.3 線(xiàn)性變換下系統傳遞函數與特征多項式. 81
3.4.4 線(xiàn)性變換下系統的能控性與能觀(guān)測性. 85
3.5 狀態(tài)空間規范型. . 88
3.5.1 控制器規范型. . 88
3.5.2 能控性規范型. . 92
3.5.3 觀(guān)測器規范型. . 94
3.5.4 能觀(guān)測性規范型. . 97
3.5.5 對偶性與規范型. . 99
3.6 狀態(tài)空間標準形. 103
3.6.1 對角標準形實(shí)現. 103
3.6.2 約當標準形實(shí)現. 109
3.6.3 傳遞函數的串聯(lián)實(shí)現. 117
3.6.4 三對角標準形. 121
3.6.5 傳遞函數的三對角標準形實(shí)現(串聯(lián)實(shí)現) 123
3.6.6 利用MATLAB 函數進(jìn)行模型轉換. . 128
3.7 多變量系統傳遞矩陣的計算. 130
目錄XI
3.7.1 多變量系統誤差傳遞函數矩陣.131
3.7.2 多變量系統閉環(huán)傳遞函數矩陣.132
3.7.3 求閉環(huán)傳遞矩陣的例子. 133
3.8 思考題.137
第4 章線(xiàn)性系統的運動(dòng)分析. . 142
4.1 線(xiàn)性狀態(tài)空間系統的解. . 142
4.1.1 線(xiàn)性時(shí)不變齊次狀態(tài)方程的解.142
4.1.2 線(xiàn)性時(shí)不變狀態(tài)空間系統的解.146
4.2 狀態(tài)轉移矩陣及其性質(zhì). . 149
4.2.1 狀態(tài)轉移矩陣的定義. 149
4.2.2 狀態(tài)轉移矩陣的性質(zhì). 149
4.2.3 狀態(tài)轉移矩陣的計算. 153
4.3 轉移矩陣的計算方法. . 155
4.3.1 拉普拉斯變換公式. 155
4.3.2 拉普拉斯反變換法. 157
4.3.3 級數展開(kāi)方法. 161
4.3.4 凱萊|哈密爾頓方法. 163
4.3.5 用MATLAB 函數計算轉移矩陣. . 164
4.4 特殊矩陣的轉移矩陣計算. .164
4.4.1 基本函數級數公式. 164
4.4.2 基本矩陣的轉移矩陣. 165
4.4.3 關(guān)系矩陣的轉移矩陣. 172
4.5 線(xiàn)性時(shí)變狀態(tài)空間系統的解. 175
4.5.1 線(xiàn)性時(shí)變系統的解. 175
4.5.2 時(shí)變線(xiàn)性變換. 176
4.6 思考題.178
第5 章線(xiàn)性系統的能控性與能觀(guān)測性. . 185
5.1 線(xiàn)性系統的能控性. 185
5.1.1 能控性和能達性. 185
5.1.2 線(xiàn)性系統能控性判據. 186
5.1.3 能控性例子. 187
5.2 線(xiàn)性系統的能觀(guān)測性. . 190
5.2.1 能觀(guān)測性與能檢測性. 190
5.2.2 線(xiàn)性系統能觀(guān)測性判據. 190
5.2.3 能觀(guān)測性例子. 191
5.3 規范型與標準形的能控性. .193
5.3.1 控制器與能控性規范型的能控性. . 193
5.3.2 觀(guān)測器與能觀(guān)測性規范型的能控性. . 195
XII 目錄
5.3.3 對角標準形的能控性. 196
5.3.4 約當標準形的能控性. 198
5.4 傳遞函數的最小實(shí)現. . 201
5.4.1 傳遞函數與能控性能觀(guān)測性的關(guān)系. . 201
5.4.2 單輸入多輸出系統的狀態(tài)空間實(shí)現. . 203
5.4.3 多輸入單輸出系統的狀態(tài)空間實(shí)現. . 205
5.4.4 多輸入多輸出系統的狀態(tài)空間實(shí)現. . 208
5.5 線(xiàn)性系統的能控性與能觀(guān)測性結構分解. 209
5.5.1 系統能控性結構分解. 209
5.5.2 系統能觀(guān)測性結構分解. 214
5.5.3 系統能控性能觀(guān)測性結構分解.216
5.6 組合系統的能控性與能觀(guān)測性. 222
5.6.1 串聯(lián)組合系統. 222
5.6.2 并聯(lián)組合系統. 224
5.6.3 反饋組合系統. 226
5.7 思考題.229
第6 章線(xiàn)性系統的綜合與設計. .233
6.1 經(jīng)典系統輸出反饋. 233
6.1.1 輸出比例|微分反饋. 233
6.1.2 輸出比例反饋. 234
6.1.3 輸出微分反饋. 235
6.1.4 輸出比例|積分|微分反饋.235
6.2 狀態(tài)反饋與極點(diǎn)配置. . 236
6.2.1 狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置的一般方法.236
6.2.2 控制器規范型極點(diǎn)配置方法.242
6.2.3 能控性規范型極點(diǎn)配置方法.246
6.2.4 一般可控狀態(tài)空間模型極點(diǎn)配置方法. . 250
6.2.5 狀態(tài)空間系統輸出反饋. 252
6.3 狀態(tài)重構問(wèn)題與狀態(tài)觀(guān)測器. 253
6.3.1 開(kāi)環(huán)狀態(tài)觀(guān)測器. 254
6.3.2 閉環(huán)狀態(tài)觀(guān)測器. 256
6.3.3 觀(guān)測器規范型的觀(guān)測器設計.259
6.3.4 能觀(guān)測性規范型觀(guān)測器設計方法. . 263
6.3.5 一般可觀(guān)測狀態(tài)空間模型觀(guān)測器設計方法. . 267
6.4 基于觀(guān)測器的狀態(tài)反饋控制器設計方法. 269
6.4.1 基于觀(guān)測器狀態(tài)反饋的復合系統. . 269
6.4.2 基于觀(guān)測器狀態(tài)反饋的分離性原理. . 271
6.4.3 基于觀(guān)測器的狀態(tài)反饋控制器設計步驟. . 272
目錄XIII
6.5 離散時(shí)間系統時(shí)變增益最優(yōu)觀(guān)測器設計方法.275
6.5.1 系統描述與狀態(tài)觀(guān)測器. 275
6.5.2 時(shí)變增益最優(yōu)觀(guān)測器設計. 276
6.6 降維狀態(tài)觀(guān)測器及其設計. .279
6.6.1 線(xiàn)性變換. 279
6.6.2 變換后的降維觀(guān)測器. 281
6.7 魯棒觀(guān)測器|控制器的設計. 282
6.7.1 參數攝動(dòng)多變量系統. 282
6.7.2 魯棒觀(guān)測器|控制器. 283
6.7.3 魯棒穩定性定理. 286
6.8 多變量系統解耦. 289
6.8.1 前饋補償器解耦. 289
6.8.2 單位反饋前向通道補償器解耦.291
6.8.3 反饋通道補償器解耦. 295
6.8.4 前向通道反饋通道補償器解耦.296
6.9 思考題.297
第7 章李雅普諾夫穩定性分析. .300
7.1 系統平衡狀態(tài)與穩定性定義. 300
7.1.1 系統的平衡狀態(tài). 300
7.1.2 穩定性的定義. 301
7.1.3 純量函數的性態(tài). 302
7.1.4 二次型函數. 303
7.2 李雅普諾夫第一方法. . 304
7.2.1 線(xiàn)性系統的穩定判據. 304
7.2.2 非線(xiàn)性系統的穩定性. 305
7.3 李雅普諾夫第二方法. . 307
7.3.1 李雅普諾夫主穩定性定理. 308
7.3.2 克拉索夫斯基方法. 310
7.4 線(xiàn)性時(shí)不變系統的李雅普諾夫穩定性分析. 312
7.4.1 線(xiàn)性時(shí)不變連續時(shí)間系統. 312
7.4.2 線(xiàn)性時(shí)不變離散時(shí)間系統. 316
7.5 思考題.318
第8 章連續系統離散化與卡爾曼濾波. . 321
8.1 差分方程與傳遞算子. . 321
8.2 連續時(shí)間系統離散化. . 322
8.2.1 信號離散化與系統離散化. 322
8.2.2 連續時(shí)間信號采樣. 323
8.2.3 脈沖不變離散化. 329
XIV 目錄
8.2.4 階躍不變離散化. 331
8.3 離散時(shí)間系統模型及其轉化. 334
8.3.1 離散時(shí)間狀態(tài)空間模型及其解.334
8.3.2 差分方程化為狀態(tài)空間模型.335
8.3.3 離散狀態(tài)空間模型化為差分方程. . 336
8.3.4 離散時(shí)間狀態(tài)空間模型連續化.337
8.4 連續系統與離散系統間的變換. 340
8.4.1 歐拉變換和雙線(xiàn)性變換. 340
8.4.2 脈沖不變Z{S 變換. . 342
8.4.3 階躍不變Z{S 變換. . 348
8.5 線(xiàn)性離散系統的最小二乘參數辨識. . 352
8.5.1 線(xiàn)性系統辨識模型. 352
8.5.2 最小二乘估計. 354
8.5.3 最小二乘辨識算法. 355
8.5.4 遞推最小二乘辨識算法. 357
8.6 線(xiàn)性離散時(shí)間狀態(tài)空間系統的卡爾曼濾波. 359
8.6.1 線(xiàn)性時(shí)不變離散時(shí)間狀態(tài)空間系統. . 359
8.6.2 線(xiàn)性時(shí)變離散時(shí)間狀態(tài)空間系統. . 361
8.7 卡爾曼濾波用于系統參數辨識. 362
8.7.1 加權遞推最小二乘辨識算法.362
8.7.2 協(xié)方差陣修正最小二乘辨識算法. . 363
8.8 思考題.364
第9 章連續時(shí)間系統從其離散化模型的重構. 367
9.1 連續時(shí)間系統離散化與反問(wèn)題. 367
9.1.1 連續時(shí)間系統離散化. 367
9.1.2 連續時(shí)間系統離散化問(wèn)題. 368
9.1.3 連續時(shí)間系統的重構問(wèn)題. 370
9.2 非均勻周期采樣數據系統模型. 372
9.3 離散時(shí)間系統的能控性和能觀(guān)測性. . 374
9.4 不同采樣間隔單率離散模型的計算. . 377
9.4.1 矩陣C 和D 的計算. 377
9.4.2 矩陣G?i 的計算.377
9.4.3 矩陣F?i 的計算. 379
9.5 連續時(shí)間系統的重構. . 379
9.6 離散系統的參數辨識算法. .382
9.6.1 狀態(tài)已知情形. 382
9.6.2 狀態(tài)未知情形. 383
9.7 數值仿真例子. .386
目錄XV
英漢術(shù)語(yǔ)對照. .389
索引. 392
后記. 400
參考文獻. . 404__