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第1章 概述1

1.1 现代控制理论的基本概念2

1.1.1 自动控制理论的发展2

1.1.2 现代控制理论的基本概念5

1.2 现代控制理论的基本内容7

1.3 自动控制系统10

1.3.1 控制系统的概念11

1.3.2 开环控制系统与闭环控制系统12

1.4 自动控制系统的类型19

1.5 自动控制系统的标准23

1.5.1 对控制系统的要求23

1.5.2 典型输入信号23

1.5.3 控制系统的性能指标25

本章小结26

习题27

第2章 线性控制系统的状态空间描述28

2.1 状态空间描述的概念29

2.1.1 基本概念29

2.1.2 被控过程的状态空间描述33

2.1.3 系统状态空间描述的特点34

2.2 系统的时域描述转化为状态空间描述35

2.3 系统的频域描述转化为状态空间描述38

2.4 应用MATLAB的系统状态空间描述42

本章小结45

习题46

第3章 控制系统状态空间的特性47

3.1 状态转移矩阵及状态方程的求解48

3.1.1 状态转移矩阵48

3.1.2 状态转移矩阵的求解50

3.1.3 状态转移矩阵的性质58

3.2 线性系统非齐次状态方程的求解59

3.2.1 线性系统非齐次状态方程的求解59

3.2.2 伴随方程61

3.3 系统的脉冲响应63

3.3.1 脉冲响应63

3.3.2 脉冲响应的不变性65

3.4 系统的能控性和能观测性66

3.4.1 系统的能控性66

3.4.2 系统的能观测性73

3.4.3 能控性、能观测性与传递函数的关系78

3.4.4 能控性和能观测性之间的对偶原理79

3.5 能控标准形和能观测标准形80

3.5.1 能控标准形的变换81

3.5.2 能观测标准形的变换85

3.6 状态反馈与状态观测器88

3.6.1 系统的状态反馈88

3.6.2 系统的极点配置90

3.6.3 状态观测器93

本章小结94

习题94

第4章 系统的稳定性原理97

4.1 李亚普诺夫关于稳定性的定义99

4.2 根据系统矩阵A分析线性定常系统的稳定性102

4.3 李亚普诺夫第二法——直接法103

4.3.1 标量函数的正定性、负定性和不定性103

4.3.2 二次型函数的正定性104

4.3.3 李亚普诺夫直接法105

本章小结111

习题111

第5章 最优控制113

5.1 最优控制的基本概念114

5.2 最优控制的变分法119

5.2.1 泛函与变分法119

5.2.2 用变分法求解最优控制问题119

5.3 极大值原理126

5.4 具有二次型性能指标的线性调节器问题132

5.4.1 二次型性能指标的最优控制132

5.4.2 终点时间有限的线性调节器问题133

5.4.3 终点状态固定的线性调节器问题135

5.4.4 终点时间无限的线性调节器问题136

5.5 动态规划139

5.5.1 多步决策问题及最优性原理139

5.5.2 线性连续系统状态空间表达式的离散化141

5.5.3 离散系统的动态规划法142

本章小结148

习题149

第6章 自适应控制系统151

6.1 自适应控制系统的基本概念152

6.1.1 自适应控制系统及类型152

6.1.2 自适应控制的理论问题154

6.1.3 自适应控制的发展和应用概况155

6.2 模型参考自适应控制156

6.2.1 局部参数优化型模型参考自适应控制系统156

6.2.2 李亚普诺夫稳定性理论设计模型参考自适应系统160

6.3 自校正自适应控制164

6.3.1 预测模型165

6.3.2 最小方差控制167

6.3.3 极点配置自校正控制169

6.4 鲁棒控制171

6.4.1 基本概念171

6.4.2 H∞鲁棒控制理论172

6.4.3 H优化与鲁棒控制173

6.4.4 H标准控制的基本问题175

本章小结178

习题178

第7章 最优估计180

7.1 概述181

7.2 最小二乘估计182

7.3 卡尔曼滤波185

7.3.1 基本概念185

7.3.2 卡尔曼滤波递推算法186

本章小结191

习题191

第8章 系统辨识193

8.1 概述194

8.1.1 系统辨识的概念194

8.1.2 系统辨识的发展概况197

8.2 系统辨识的基本方法197

8.2.1 线性定常单输入单输出离散系统数学模型197

8.2.2 脉冲响应法198

8.2.3 最小二乘法（LS）199

8.3 模式识别201

8.3.1 基本概念201

8.3.2 模式识别（分类）代表性方法202

本章小结208

习题208

第9章 智能控制209

9.1 智能控制的基本概念210

9.1.1 专家控制系统211

9.1.2 模糊控制211

9.1.3 人工神经网络控制系统212

9.2 模糊控制系统（Fuzzy Control System）212

9.2.1 模糊控制系统的组成213

9.2.2 模糊控制器的工作原理214

9.3 人工神经网络控制214

9.3.1 人工神经网络模型214

9.3.2 人工神经网络的基本工作原理215

9.3.3 学习算法216

9.4 专家系统控制217

9.4.1 直接专家系统控制217

9.4.2 间接专家系统控制218

本章小结221

习题221

第10章 自动控制技术应用实例222

10.1 模糊PID控制技术在焊缝跟踪中的应用223

10.1.1 焊缝跟踪技术在工程中的应用223

10.1.2 焊缝跟踪控制系统的结构225

10.1.3 焊缝跟踪控制系统的步进电机驱动装置229

10.1.4 自调整PID模糊控制器的设计231

10.1.5 焊缝跟踪试验及结果分析236

10.2 模式识别在铁路车辆闸瓦检测中的应用239

10.2.1 机器视觉及铁路车辆闸瓦240

10.2.2 闸瓦在线检测系统241

10.2.3 闸瓦的图像识别243

10.2.4 闸瓦图像的分割246

10.2.5 闸瓦测量与分析248

10.3 卡尔曼滤波在自动激光焊目标跟踪控制中的应用251

10.3.1 激光焊接试验系统及焊缝特征参数提取252

10.3.2 卡尔曼滤波焊缝预测跟踪建模与试验研究254

10.3.3 色噪声卡尔曼滤波焊缝预测跟踪算法260

10.4 系统辨识在激光焊接过程飞溅特征分析中的应用267

10.4.1 研究背景267

10.4.2 大功率盘形激光焊接试验设计268

10.4.3 系统辨识在焊接过程飞溅特征分析中的应用270

本章小结284

参考文献285