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本书以线性控制系统为主要研究对象，从基础概念理论、控制系统分析与设计等方面对现代控制理论进行由浅入深的介绍。本书的主要内容包括绪论、动态系统的状态空间模型及变换、线性系统动态分析、线性系统的能控性和能观性分析、李雅普诺夫稳定性分析、状态反馈与状态观测器、典型动力系统的控制。本书兼顾理论性与工程性，各章均介绍了使用MATLAB软件辅助相关理论分析的方法，同时在本书的例题与习题中加入了大量具有实际工程背景的案例。

绪论

第1章 动态系统的状态空间模型及变换

1.1 引言

1.2 动态系统的状态空间模型

1.2.1 状态变量的概念

1.2.2 状态空间表达式

1.2.3 状态空间模型框图

1.2.4 建立状态空间模型

1.3 动态系统状态空间模型的线性变换

1.3.1 动态系统状态空间模型的非性

1.3.2 动态系统状态空间模型的约当标准型

1.3.3 从状态空间模型求取传递函数阵

1.3.4 子系统组合后的传递函数阵

1.4 线性时变系统和非线性系统的状态空间模型

1.4.1 线性时变系统

1.4.2 非线性系统

1.5 MATLAB在动态系统状态空间模型中的应用

小结

人物小传——钱学森

习题1

第2章 线性系统动态分析

2.1 引言

2.2 线性定常齐次状态空间表达式的解

2.3 线性定常系统的状态转移矩阵

2.3.1 线性定常系统状态转移矩阵的定义

2.3.2 线性定常系统状态转移矩阵的运算性质

2.3.3 线性定常系统状态转移矩阵的计算方法

2.4 线性定常非齐次状态方程的解

2.5 线性时变系统状态方程的解

2.5.1 线性时变系统状态转移矩阵的求解

2.5.2 线性时变系统状态转移矩阵的性质

2.5.3 线性时变非齐次状态方程的解

2.6 连续状态方程的离散化

2.6.1 线性定常连续状态方程的离散化

2.6.2 线性时变连续状态方程的离散化

2.6.3 连续状态方程离散化的近似解

2.7 离散状态方程的解

2.7.1 递推法求解线性离散状态方程

2.7.2 Z变换法求解线性定常离散状态方程

2.8 MATLAB在线性系统动态分析中的应用

2.8.1 应用MATLAB计算线性定常系统的状态转移矩阵

2.8.2 应用MATLAB求线性定常系统的时间响应

2.8.3 应用MATLAB变连续状态空间模型为离散状态空间模型

2.8.4 应用MATLAB求离散时间系统的状态转移矩阵

小结

人物小传——杨嘉墀

习题2

第3章 线性系统的能控性和能观性分析

3.1 引言

3.2 线性定常系统的能控性

3.2.1 能控性定义

3.2.2 线性定常连续系统能控性判据

3.2.3 线性定常连续系统的输出能控性

3.3 线性定常系统的能观性

3.3.1 能观性定义

3.3.2 线性定常连续系统能观性判据

3.4 线性定常离散系统的能控性与能观性

3.4.1 线性定常离散系统的能控性

3.4.2 线性定常离散系统的能观性

3.5 对偶原理

3.5.1 对偶关系

3.5.2 对偶原理

3.6 能控标准型和能观标准型

3.6.1 单输入系统的能控标准型

3.6.2 单输出系统的能观标准型

3.6.3 非奇异线性变换的不变特性

3.7 线性系统的结构分解

3.7.1 按能控性分解

3.7.2 按能观性分解

3.7.3 按能控且能观性分解

3.8 传递函数阵的状态空间实现

3.8.1 实现问题的基本概念

3.8.2 系统的标准型实现

3.8.3 传递函数阵的小实现

3.8.4 传递函数阵能控性和能观性的分析

3.9 MATLAB在能控性和能观性分析中的应用

小结

人物小传——张钟俊

习题3

第4章 李雅普诺夫稳定性分析

4.1 引言

4.2 稳定性

4.2.1 平衡状态

4.2.2 李雅普诺夫意义下的稳定性

4.2.3 渐近稳定性

4.2.4 大范围（全局）渐近稳定性

4.2.5 不稳定性

4.3 李雅普诺夫稳定性判定方法

4.3.1 李雅普诺夫法（间接法）

4.3.2 李雅普诺夫第二法（直接法）

4.4 李雅普诺夫方法在线性系统中的应用

4.4.1 线性定常连续系统渐近稳定性的判别

4.4.2 线性定常离散系统渐近稳定性的判别

4.5 李雅普诺夫方法在非线性系统中的应用

4.6 MATLAB在李雅普诺夫稳定性分析中的应用

4.6.1 李雅普诺夫法

4.6.2 李雅普诺夫第二法

4.6.3 李雅普诺夫方法在实际问题中的应用

小结

人物小传——高为炳

习题4

第5章 状态反馈与状态观测器

5.1 引言

5.2 状态反馈与输出反馈

5.2.1 状态反馈

5.2.2 输出反馈

5.3 反馈控制对能控性与能观性的影响

5.4 闭环系统极点配置

5.4.1 采用状态反馈配置闭环系统极点

5.4.2 采用线性非动态输出反馈至参考输入配置闭环系统极点

5.4.3 镇定问题

5.5 解耦控制

5.5.1 前馈补偿器解耦

5.5.2 状态反馈解耦

5.6 状态观测器

5.6.1 全维观测器的构造思想

5.6.2 闭环状态观测器极点配置

5.6.3 降维观测器

5.6.4 采用状态观测器的状态反馈系统

5.7 MATLAB在闭环极点配置及状态观测器设计中的应用

5.7.1 用MATLAB求解闭环极点配置问题

5.7.2 用MATLAB设计状态观测器

小结

人物小传——关肇直

习题5

第6章 典型动力系统的控制

6.1 倒立摆系统

6.1.1 倒立摆系统模型

6.1.2 极点配置控制设计

6.2 电液控制系统

6.2.1 电液控制系统模型

6.2.2 控制器设计

6.2.3 控制系统仿真

6.3 四旋翼无人机

6.3.1 四旋翼无人机动力学模型

6.3.2 模型线性化

6.3.3 能控性与能观性分析

6.3.4 结构分解

6.3.5 状态观测器设计

6.3.6 仿真结果

小结

人物小传——韩京清

参考文献

高强，天津理工大学教授，主要研究领域为先进控制理论及应用、控制系统的故障诊断、机器人控制及应用、智能电网技术及应用。

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