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第一章 绪论1

1.1控制科学的发展1

1.2现代控制理论概述1

1.3本书的内容安排3

第二章 系统状态空间描述5

2.1状态和状态空间5

2.1.1系统描述5

2.1.2定义6

2.2线性定常连续系统的状态空间表达式8

2.2.1由物理学模型方程直接建立状态空间表达式8

2.2.2由系统微分方程建立状态空间表达式13

2.2.3由传递函数建立状态空间表达式21

2.3传递函数矩阵28

2.4应用MATLAB的系统状态空间表达式建立30

2.4.1传递函数的输入30

2.4.2状态空间模型的输入31

2.4.3模型的转换32

2.4.4求传递函数矩阵34

习题35

第三章 线性系统的运动分析37

3.1线性定常系统齐次方程的解38

3.2状态转移矩阵39

3.2.1状态转移矩阵的性质40

3.2.2状态转移矩阵的计算44

3.3非齐次状态方程的解55

3.3.1积分法55

3.3.2拉普拉斯变换法56

3.4应用MATLAB的系统运动分析58

3.4.1单位阶跃响应58

3.4.2脉冲响应59

3.4.3任意输入信号响应60

3.4.4线性齐次状态方程的解61

3.4.5线性非齐次状态方程的解62

习题63

第四章 系统的能控性和能观性分析65

4.1能控性及其判据65

4.1.1能控性的定义65

4.1.2线性定常系统的能控性判据66

4.1.3规范型系统的能控性判据72

4.1.4线性定常系统的输出能控性75

4.2能观性及其判据76

4.2.1能观性的定义76

4.2.2线性定常系统的能观性判据77

4.2.3规范型系统的能观性判据79

4.3对偶性原理80

4.4线性定常系统的线性变换82

4.4.1能控规范型82

4.4.2能观规范型85

4.4.3对角线型86

4.4.4约当型86

4.4.5非奇异线性变换的不变特性89

4.5线性定常系统的结构分解90

4.5.1能控性分解90

4.5.2能观性分解92

4.5.3系统结构的规范分解93

4.6基于传递函数的能控性和能观性判断98

4.7应用MATLAB的系统能控性、能观性分析98

习题103

第五章 控制系统的稳定性分析105

5.1外部稳定性和内部稳定性106

5.1.1外部稳定性106

5.1.2内部稳定性108

5.1.3内部稳定性和外部稳定性的关系109

5.2李雅普诺夫稳定性的基本概念110

5.2.1平衡状态110

5.2.2李雅普诺夫稳定性的定义112

5.3李雅普诺夫第一法114

5.4李雅普诺夫第二法117

5.4.1能量函数117

5.4.2李雅普诺夫第二法的主要定理120

5.5李氏直接法在线性定常连续系统中的应用126

5.6李氏直接法在非线性连续系统中的应用129

5.6.1克拉索夫斯基方法130

5.6.2变量梯度法132

5.7应用MATLAB的系统稳定性分析135

习题137

第六章 线性反馈系统的综合138

6.1线性反馈系统的基本结构及其特性138

6.1.1状态反馈系统138

6.1.2输出反馈系统139

6.1.3反馈对系统性能的影响140

6.2极点配置问题145

6.2.1极点配置的条件146

6.2.2极点配置状态反馈控制器的设计算法147

6.3状态观测器149

6.3.1全维状态观测器的设计150

6.3.2含有状态观测器的状态反馈控制系统154

6.4降维观测器157

6.5应用MATLAB的线性反馈系统综合160

习题167

参考文献168