理論介紹
發展過程
現代控制理論是在20世紀50年代中期迅速興起的空間技術的推動下發展起來的。空間技術的發展迫切要求建立新的控制原理，以解決諸如把宇宙火箭和人造衛星用最少燃料或最短時間準確地發射到預定軌道一類的控制問題。這類控制問題十分複雜，採用經典控制理論難以解決。1958年，蘇聯科學家Л.С.龐特里亞金提出了名為極大值原理的綜合控制系統的新方法。在這之前，美國學者R.貝爾曼於1954年創立了動態規劃，並在1956年套用於控制過程。他們的研究成果解決了空間技術中出現的複雜控制問題，並開拓了控制理論中最優控制理論這一新的領域。1960～1961年，美國學者R.E.卡爾曼和R.S.布希建立了卡爾曼-布希濾波理論，因而有可能有效地考慮控制問題中所存在的隨機噪聲的影響，把控制理論的研究範圍擴大，包括了更為複雜的控制問題。幾乎在同一時期內，貝爾曼、卡爾曼等人把狀態空間法系統地引入控制理論中。狀態空間法對揭示和認識控制系統的許多重要特性具有關鍵的作用。其中能控性和能觀測性尤為重要，成為控制理論兩個最基本的概念。到60年代初，一套以狀態空間法、極大值原理、動態規劃、卡爾曼-布希濾波為基礎的分析和設計控制系統的新的原理和方法已經確立，這標誌著現代控制理論的形成。
學科內容
現代控制理論所包含的學科內容十分廣泛，主要的方面有：線性系統理論、非線性系統理論、最優控制理論、隨機控制理論和適應控制理論。
線性系統理論 它是現代控制理論中最為基本和比較成熟的一個分支，著重於研究線性系統中狀態的控制和觀測問題，其基本的分析和綜合方法是狀態空間法。按所採用的數學工具，線性系統理論通常分成為三個學派：基於幾何概念和方法的幾何理論，代表人物是W.M.旺納姆；基於抽象代數方法的代數理論，代表人物是R.E.卡爾曼；基於復變數方法的頻域理論，代表人物是H.H.羅森布羅克。
非線性系統理論 非線性系統的分析和綜合理論尚不完善。研究領域主要還限於系統的運動穩定性、雙線性系統的控制和觀測問題、非線性反饋問題等。更一般的非線性系統理論還有待建立。從70年代中期以來，由微分幾何理論得出的某些方法對分析某些類型的非線性系統提供了有力的理論工具。
最優控制理論 最優控制理論是設計最優控制系統的理論基礎，主要研究受控系統在指定性能指標實現最優時的控制規律及其綜合方法。在最優控制理論中，用於綜合最優控制系統的主要方法有極大值原理和動態規劃。最優控制理論的研究範圍正在不斷擴大，諸如大系統的最優控制、分布參數系統的最優控制等。
隨機控制理論 隨機控制理論的目標是解決隨機控制系統的分析和綜合問題。維納濾波理論和卡爾曼-布希濾波理論是隨機控制理論的基礎之一。隨機控制理論的一個主要組成部分是隨機最優控制，這類隨機控制問題的求解有賴於動態規劃的概念和方法。
適應控制理論適應控制系統是在模仿生物適應能力的思想基礎上建立的一類可自動調整本身特性的控制系統。適應控制系統的研究常可歸結為如下的三個基本問題：①識別受控對象的動態特性；②在識別對象的基礎上選擇決策；③在決策的基礎上做出反應或動作。
發展學科
1.智慧型控制(Intelligent Control)
智慧型控制是人工智慧和自動控制的結合物，是一類無需人的干預就能夠獨立地驅動智慧型機器，實現其目標的自動控制。智慧型控制的注意力並不放在對數學公式的表達、計算和處理上，而放在對任務和模型的描述，符號和環境的識別以及知識庫和推理機的設計開發上。智慧型控制用於生產過程，讓計算機系統模仿專家或熟練操作人員的經驗，建立起以知識為基礎的廣義模型，採用符號信息處理、啟發式程式設計、知識表示和自學習、推理與決策等智慧型化技術，對外界環境和系統過程進行理解、判斷、預測和規劃，使被控對象按一定要求達到預定的目的。
智慧型控制的理論基礎是人工智慧,控制論,運籌學和系統學等學科的交叉，它的主要特點是：
⑴同時具有以知識表示的非數學廣義模型和以數學模型表示的混合控制過程；
⑵智慧型控制的核心在高層控制，即組織級，它的主要任務在於對實際環境或過程進行組織；
⑶系統獲取的信息不僅是數學信息，更重要的是文字元號、圖像、圖形、聲音等各種信息。
智慧型控制正處於發展過程中，還存在許多有待研究的問題：
⑴探討新的智慧型控制理論；
⑵採用語音控制；
⑶提高系統的學習能力和自主能力；
⑷利用現有的非線性技術分析閉環系統的特性；
⑸智慧型控制的實現問題。
2.非線性控制(Nonlinear Control)
非線性控制是複雜控制理論中一個重要的基本問題，也是一個難點課題，它的發展幾乎與線性系統平行。非線性系統的發展，數學工具是一個相當困難的問題，泰勒級數展開對有些情況是不能適用的。古典理論中的“相平面”法只適用於二階系統，適用於含有一個非線性元件的高階系統的“描述函式”法也是一種近似方法。由於非線性系統的研究缺乏系統的、一般性的理論及方法，於是綜合方法得到較大的發展，主要有：
⑴李雅普諾夫方法：它是迄今為止最完善、最一般的非線性方法，但是由於它的一般性，在用來分析穩定性或用來鎮定綜合時都欠缺構造性。
⑵變結構控制：由於其滑動模態具有對干擾與攝動的不變性，到80年代受到重視，是一種實用的非線性控制的綜合方法。
⑶微分幾何法：在過去的的20年中，微分幾何法一直是非線性控制系統研究的主流，它對非線性系統的結構分析、分解以及與結構有關的控制設計帶來極大方便.用微分幾何法研究非線性系統是現代數學發展的必然產物，正如義大利教授Isidori指出：“用微分幾何法研究非線性系統所取得的成績，就象50年代用拉氏變換及複變函數理論對單輸入單輸出系統的研究，或用線性代數對多變數系統的研究。”但這種方法也有它的缺點，體現在它的複雜性、無層次性、準線性控制以及空間測度被破壞等。因此近又有學者提出引入新的、更深刻的數學工具去開拓新的方向，例如：微分動力學、微分拓撲與代數拓撲、代數幾何等。
3.自適應控制(Adaptive Control)
自適應控制系統通過不斷地測量系統的輸入、狀態、輸出或性能參數，逐漸了解和掌握對象，然後根據所得的信息按一定的設計方法，作出決策去更新控制器的結構和參數以適應環境的變化，達到所要求的控制性能指標。
自適應控制系統應具有三個基本功能：
⑴辨識對象的結構和參數，以便精確地建立被控對象的數學模型;
⑵給出一種控制律以使被控系統達到期望的性能指標；
⑶自動修正控制器的參數。因此自適應控制系統主要用於過程模型未知或過程模型結構已知但參數未知且隨機的系統。
自適應控制系統的類型主要有自校正控制系統，模型參考自適應控制系統，自尋最優控制系統，學習控制系統等。非線性系統的自適應控制，基於神經網路的自適應控制又得到重視，提出一些新的方法。
4.魯棒控制(Robust Control)
過程控制中面臨的一個重要問題就是模型不確定性，魯棒控制主要解決模型的不確定性問題，但在處理方法上與自適應控制有所不同。自適應控制的基本思想是進行模型參數的辯識，進而設計控制器。控制器參數的調整依賴於模型參數的更新，不能預先把可能出現的不確定性考慮進去。而魯棒控制在設計控制器時儘量利用不確定性信息來設計一個控制器，使得不確定參數出現時仍能滿足性能指標要求。
魯棒控制認為系統的不確定性可用模型集來描述，系統的模型並不唯一，可以是模型集裡的任一元素，但在所設計的控制器下，都能使模型集裡的元素滿足要求。魯棒控制的一個主要問題就是魯棒穩定性，常用的有三種方法：
⑴當被研究的系統用狀態矩陣或特徵多項式描述時一般採用代數方法，其中心問題是討論多項式或矩陣組的穩定性問題；
⑵李雅普諾夫方法，對不確定性以狀態空間模式出現時是一種有利工具；
⑶頻域法從傳遞函式出發研究問題，有代表性的是Hoo控制，它用作魯棒性分析的有效性體現在外部擾動不再假設為固定的，而只要求能量有界即可。這種方法已被用於工程設計中，如Hoo最優靈敏度控制器設計。
5.模糊控制(Fuzzy Control)
模糊控制藉助模糊數學模擬人的思維方法，將工藝操作人員的經驗加以總結，運用語言變數和模糊邏輯理論進行推理和決策，對複雜對象進行控制。模糊控制既不是指被控過程是模糊的，也不意味控制器是不確定的，它是表示知識和概念上的模糊性，它完成的工作是完全確定的。
1974年英國工程師E.H.Mamdam首次把Fuzzy集合理論用於鍋爐和蒸氣機的控制以來，開闢了Fuzzy控制的新領域，特別是對於大時滯、非線性等難以建立精確數學模型的複雜系統，通過計算機實現模糊控制往往能取得很好的結果。
模糊控制的類型有：
⑴基本模糊控制器，一旦模糊控制表確定之後，控制規則就固定不變了；
⑵自適應模糊控制器，在運行中自動修改、完善和調整規則，使被控過程的控制效果不斷提高,達到預期的效果；
⑶智慧型模糊控制器，它把人、人工智慧和神經網路三者聯繫起來，實現綜合信息處理，使系統既具有靈活的推理機制、啟發性知識與產生式規則表示，又具有多種層次、多種類型的控制規律選擇。
模糊控制的特點是不需要精確的數學模型，魯棒性強，控制效果好，容易克服非線性因素的影響，控制方法易於掌握。有人提出神經——模糊Inter3融合控制模型，即把融合結構、融合算法及控制合為一體進行設計。又有人提出利用同倫BP網路記憶模糊規則，以“聯想方式”使用這些經驗。
模糊控制有待進一步研究的問題：模糊控制系統的功能、穩定性、最最佳化問題的評價；非線性複雜系統的模糊建模，模糊規則的建立和模糊推理算法的研究；找出可遵循的一般設計原則。
6.神經網路控制(Neural Network Control)
神經網路是由所謂神經元的簡單單元按並行結構經過可調的連線權構成的網路。神經網路的種類很多，控制中常用的有多層前向BP網路，RBF網路，Hopfield網路以及自適應共振理論模型（ART）等。
神經網路控制就是利用神經網路這種工具從機理上對人腦進行簡單結構模擬的新型控制和辨識方法。神經網路在控制系統中可充當對象的模型，還可充當控制器。常見的神經網路控制結構有：
⑴參數估計自適應控制系統;
⑵內模控制系統；
⑶預測控制系統；
⑷模型參考自適應系統；
⑸變結構控制系統。
神經網路控制的主要特點是：可以描述任意非線性系統；用於非線性系統的辨識和估計；對於複雜不確定性問題具有自適應能力；快速最佳化計算能力；具有分散式儲存能力，可實現線上、離線學習。
有人提出以Hopfield網路實現一種多解析度體視協同算法，該算法以逐級融合的方式自動完成由粗到細，直至全解析度的匹配和建立。又有人提出一種網路自組織控制器，採用變斜率的最速梯度下降學習算法，套用在非線性跟蹤控制中。今後需進一步探討的問題是提高網路的學習速度，提出新的網路結構，創造出更適用於控制的專用神經網路。
7.實時專家控制(Real Time Expert Control)
專家系統是一個具有大量專門知識和經驗的程式系統，它套用人工智慧技術，根據某個領域一個或多個人類專家提供的知識和經驗進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以解決那些需要專家決定的複雜問題。專家系統和傳統的電腦程式最本質的區別在於：專家系統所要解決的問題一般沒有算法解，並且往往要在不完全、不精確或不確定的信息基礎上作出結論。
實時專家系統套用模糊邏輯控制和神經網路理論，融進專家系統自適應地管理一個客體或過程的全面行為，自動採集生產過程變數，解釋控制系統的當前狀況，預測過程的未來行為,診斷可能發生的問題，不斷修正和執行控制計畫。實時專家系統具有啟發性、透明性、靈活性等特點，已經在航天試驗指揮、工業爐窯的控制、高爐爐熱診斷中得到廣泛套用。需要進一步研究的問題是如何用簡潔語言來描述人類長期積累的經驗知識，提高聯想化記憶和自學習能力。
8.定性控制(Qualitative Control)
定性控制是指系統的狀態變數為定性量時（其值不是某一精確值而只知其處於某一範圍內），套用定性推理對系統施加控制變數使系統在某一期望範圍。
定性控制方法主要有三類：
⑴基於定量模型的定性控制，其特點是系統的定量模型假定已知，以定量模型為基礎推導定性模型；
⑵基於規則的定性控制，其特點是構成定性模型的規則憑人們經驗的定性推理即可得到，或通過狀態的窮舉得到；
⑶基於定性模型的定性控制，其特點是直接通過對定性模型的研究來導出定性控制。
定性控制與模糊控制的區別：模糊控制不需建模，其控制律憑經驗或算法調整，而定性控制基於定性模型，控制規則基於對系統的定性分析；模糊控制是基於狀態的精確測量值，而定性控制基於狀態的定性測量值。
定性控制面臨的問題：發展定性數學理論，改進定性推理方法，注重定性和定量知識的結合；研究定性建模方法，定性控制方法；加強定性控制套用領域的研究。
9.預測控制(Predictive Control)
預測控制是在工業實踐過程中獨立發展起來的一種新型控制方法，它不僅適用於工業過程這種“慢過程”的控制，也能適用於快速跟蹤的伺服系統這種“快過程”控制。實用的預測控制方法有動態矩陣控制（DMC），模型算法控制（MAC），廣義預測控制（GPC），模型預測啟發控制（MPHC）以及預測函式控制（PFC）等。這些方法具有以下特徵：
⑴以計算機為實現手段，採取線上實現方式；
⑵建模方便，不需深入了解過程的內部機理，對模型精度要求不高；
⑶採用滾動最佳化策略，線上反覆進行最佳化計算，使模型失配、外界環境的變化引起的不確定性及時得到彌補，提高控制質量。
最有人提出一種新的基於主導內模概念的預測控制方法：結構對外來激勵的回響主要由其本身的模態所決定，即結構只對激勵信息中與其起主導作用的幾個主要自振頻率相接近的頻率成分有較大的回響。利用神經網路對被控對象進行線上辨識，然後用廣義預測控制規律進行控制得到較多重視。
預測控制存在的問題是預測精度不高；反饋校正方法單調；滾動最佳化策略少；對任意的一般系統，其穩定性和魯棒性分析較難進行；參數調整的總體規則雖然比較明確，但對不同類型的系統的具體調整方法仍有待進一步總結。
10.分散式控制系統(Distributed Control System)
分散式控制系統又稱集散控制系統,是70年代中期發展起來的新型計算機控制系統，它融合了控制技術（Control），計算機技術（Computer），通信技術（Communication），圖像顯示技術（CRT）的“4C”技術，形成了以微處理器為核心的系統，實現對生產過程的監視、控制和管理。
既打破了常規控制儀表功能的局限，又較好地解決了早期計算機系統對於信息、管理過於集中帶來的危險，而且還有大規模數據採集、處理的功能以及較強的數據通信能力。
分散式控制系統既有計算機控制系統控制算法靈活，精度高的優點，又有儀表控制系統安全可靠，維護方便的優點。它的主要特點是：真正實現了分散控制；具有高度的靈活性和可擴展性；較強的數據通信能力；友好而豐富的人機聯繫以及極高的可靠性。
人民郵電出版社教材
書 名 現代控制理論
叢 書 名 21世紀高等院校電氣工程與自動化規劃教材
標準書號 ISBN 978-7-115-27968-2
現代控制理論責任編輯
印 張 15.25
字 數 392 千字
頁 數 238 頁
裝 幀 平裝
版 次 第1版第1次
初版時間 2012年7月
本 印 次 2012年7月
首 印 數 -- 冊
定 價 32.00 元
內容提要
現代控制理論是建立在狀態空間法基礎上的一種控制理論，是自動控制理論的一個重要組成部分。本書反映當前技術發展的主流和趨勢，以加強基礎、突出處理問題的思維方法、培養學生分析問題和解決問題的能力為原則，詳細介紹了基於狀態空間模型的線性系統分析和綜合方法，包括狀態空間模型的建立、系統的運動分析、系統的可控性和可觀性、極點配置、狀態觀測器設計、李雅普諾夫穩定性理論，以及線性二次型最優控制，並且增加了非線性系統分析與控制的內容。本書敘述深入淺出，理論聯繫實際，儘可能從實際背景的分析中提出要討論的問題、概念和方法。在介紹系統分析和控制系統設計方法的同時，適當地給出了相應的MATLAB函式，便於讀者利用MATLAB軟體來有效求解控制系統的一些計算和仿真問題，以加深對概念和方法的理解。
本書適合作為自動化及其相關專業的本科生、研究生教材，也可供相關工程技術人員學習參考。
目錄
緒論 1
0.1 控制理論的發展歷程 1
0.2 現代控制理論的性質和基本概念 4
0.3 現代控制理論在電力系統中的套用 5
0.4 本書研究的主要內容和特點 7
第1章 線性系統的狀態空間模型 8
1.1 狀態空間模型的基本概念 8
1.2 線性系統的狀態空間模型 11
1.2.1 電路系統狀態空間模型表達式 11
1.2.2 力學系統狀態空間模型表達式 13
1.2.3 機電系統狀態空間模型表達式 14
1.2.4 化工過程狀態空間模型表達式 15
1.3 從微分方程模型推導狀態空間表達式 16
1.3.1 由微分方程求狀態空間表達式 16
1.3.2 由傳遞函式求狀態空間表達式 19
1.3.3 傳遞函式矩陣及其最小實現 24
1.4 利用MATLAB進行系統模型間的相互轉換 26
1.4.1 由傳遞函式到狀態空間表達式的轉換 27
1.4.2 由狀態空間表達式到傳遞函式的轉換 28
1.5 由控制系統的結構圖導出狀態空間表達式 30
1.6 線性變換 31
1.6.1 系統狀態的線性變換 32
1.6.2 系統特徵值和特徵向量 33
1.6.3 把狀態方程變換為對角標準型 34
1.6.4 把狀態方程變換為約當標準型 36
1.7 離散時間系統的狀態空間表達式 39
本章小結 40
習題 40
第2章 線性定常系統的運動分析 43
2.1 線性定常連續系統齊次狀態方程的解 43
2.2 狀態轉移矩陣的性質 45
2.3 幾個特殊的狀態轉移矩陣 47
2.4 狀態轉移矩陣的計算 50
2.4.1 直接計算法 50
2.4.2 線性變換法 51
2.4.3 拉普拉斯變換法 58
2.4.4 Caley-Hamilton定理法 60
2.5 線性定常連續系統非齊次狀態方程的解 64
2.5.1 直接法 64
2.5.2 拉普拉斯變換法 66
2.6 利用MATLAB求解系統的狀態方程 68
2.7 線性定常離散系統狀態方程的解 71
2.7.1 線性定常連續系統動態方程的離散化 71
2.7.2 遞推法(疊代法) 75
2.7.3 z變換法 77
本章小結 78
習題 79
第3章 線性系統的可控性與可觀性 83
3.1 線性定常連續控制系統的可控性 83
3.1.1 可控性定義 83
3.1.2 可控性判據 84
3.2 線性定常連續控制系統的可觀性 89
3.2.1 可觀性定義 90
3.2.2 可觀性判據 91
3.3 可控標準型和可觀標準型 94
3.3.1 單輸入系統的可控標準型 94
3.3.2 單輸出系統的可觀標準型 97
3.4 對偶原理 100
3.5 線性定常離散控制系統的可控可觀性 101
3.5.1 離散系統可控性 101
3.5.2 離散系統可觀性 102
3.6 線性定常控制系統的結構分解 105
3.6.1 按可控性結構分解 106
3.6.2 按可觀性結構分解 108
本章小結 110
習題 110
第4章 線性時不變系統的綜合與設計 113
4.1 極點配置問題 113
4.1.1 狀態反饋與極點配置 113
4.1.2 閉環極點任意配置的條件 114
4.1.3 極點配置的算法 116
4.2 狀態觀測器設計 122
4.2.1 開環狀態觀測器 122
4.2.2 閉環全維狀態觀測器 123
4.2.3 降維狀態觀測器 125
4.3 利用狀態觀測器構成狀態反饋閉環系統 129
4.3.1 系統的結構與數學模型 130
4.3.2 閉環系統的基本特性 131
4.3.3 具有降階觀測器的狀態反饋控制系統 134
4.4 基於MATLAB的系統綜合 136
4.4.1 常用函式指令 136
4.4.2 套用舉例 136
本章小結 140
習題 140
第5章 控制系統的李雅普諾夫穩定性分析 143
5.1 李雅普諾夫關於穩定性的定義 143
5.1.1 控制系統的平衡狀態 143
5.1.2 李雅普諾夫意義下的穩定性定義 144
5.2 李雅普諾夫第一方法 146
5.2.1 線性系統的穩定性判據 147
5.2.2 非線性系統的穩定性 148
5.3 李雅普諾夫第二方法 150
5.3.1 預備知識 151
5.3.2 幾個穩定性判據 152
5.4 線性定常系統的李雅普諾夫穩定性分析 155
5.4.1 線性定常連續系統的穩定性分析 155
5.4.2 線性定常離散系統的穩定性分析 157
5.5 非線性系統的李雅普諾夫穩定性分析 159
5.5.1 李雅普諾夫第二方法在非線性系統中的套用 159
5.5.2 基於李雅普諾夫第二方法的非線性系統分析 160
5.5.3 非自治系統的李雅普諾夫分析 162
本章小結 163
習題 164
第6章 最優控制 166
6.1 最優控制問題的基本概念 166
6.1.1 目標函式 166
6.1.2 約束條件 168
6.2 變分法 168
6.2.1 變分法的基本概念 169
6.2.2 變分法在最優控制中的套用 170
6.3 極小值原理 180
6.3.1 極小值原理在連續系統中的套用 180
6.3.2 極小值原理在離散系統中的套用 181
6.4 動態規劃法 183
6.4.1 動態規劃法在離散系統中的套用 184
6.4.2 動態規劃法在連續系統中的套用 186
6.5 線性二次型最優控制問題及MATLAB解法 189
6.6 離散系統線性二次型最優控制 193
本章小結 198
習題 198
第7章 非線性時不變控制系統分析 201
7.1 非線性系統概述 201
7.1.1 非線性系統的特徵 202
7.1.2 非線性系統的主要研究方法 202
7.2 輸入輸出穩定性 205
7.2.1 Lp穩定性 206
7.2.2 狀態模型的Lp穩定性 206
7.3 輸入-狀態穩定性 207
7.3.1 定義及穩定條件 207
7.3.2 輸入-狀態穩定性與L∞穩定的關係 208
7.4 非線性系統的可控性與可觀性 209
7.4.1 局部可控性 209
7.4.2 局部可觀性 211
7.5 無源性概念 212
7.6 小增益定理 215
本章小結 216
習題 216
第8章 非線性時不變控制系統設計 218
8.1 反饋線性化 218
8.1.1 反饋線性化的直觀概念 218
8.1.2 反饋線性化的條件 222
8.1.3 反饋線性化的局限性 223
8.2 滑模控制方法 223
8.2.1 引例 223
8.2.2 滑模控制器設計 226
8.2.3 穩定性 228
8.3 反步設計法 230
8.3.1 基於反步法的控制器設計 230
8.3.2 自適應反步設計法 232
8.3.3 基於觀測器的反步設計法 234
本章小結 235
習題 235
參考文獻 238
圖書信息
基本信息
圖書封面作 者:郭聖權，畢效輝 主編
出 版 社:中國輕工業出版社
出版時間:2007-1-1
版 次:1
頁 數:226
字 數:371000
印刷時間:2007-1-1
紙 張:膠版紙
I S B N:9787501956418
包 裝:平裝
內容簡介
本書由多年主講該課程的幾位教師聯合編寫。內容包括狀態空間概念，狀態方程建立及求解，李亞普諾夫穩定理論，能控、能觀性，極點配置和觀測器，以及最優控制問題和基本解決方法:即變分法，動態規劃和極大值原理。書中編入大量例題和習題，並將難點和重點寓於例題和習題之中。不少例題求解時都使用了Matlab這一當代流行的實用工具。
全書論述清楚，層次分明，語言精練，基本概念、定理和定義敘述扼要、準確。
本書可用作高校自動化學科及相關專業本科教材，也可用於工程技術人員進修和自學。
圖書目錄
緒論
第1章 控制系統狀態空間模型
1.1 引言
1.2 化系統的一般時域描述為狀態空間描述
1.3 化系統的頻域描述為狀態空間描述
1.4 狀態向量的線性變換(坐標變換)
1.5 由狀態空間表達式求傳遞函式陣
1.6 列寫系統狀態方程的Matlab方法
1.7 習題舉例
1.8 習題
第2章 控制系統的狀態方程求解
2.1 引言
2.2 線性定常齊次狀態方程的解
2.3 線性定常非齊次狀態方程的解
2.4 狀態轉移矩陣的計算方法
2.5 線性時變系統狀態方程的解
2.6 連續時間系統的離散化
2.7 線性定常離散系統狀態方程求解
2.8 習題舉例
2.9 習題
第3章 控制系統的能控性和能觀測性
3.1 引言
3.2 線性連續系統的能控性
3.3 線性連續系統的能觀測性
3.4 線性定常離散系統的能控性和能觀測性
3.5 能控性與能觀測性的對偶關係
3.6 線性定常系統的能控標準型和能觀測標準型
3.7 線性定常系統的結構分解
3.8 傳遞函式陣的實現
3.9 傳遞函式陣中零極點相消與系統能控性和能觀測性之間的關係
3.10 習題舉例
3.11 習題
第4章 李亞普諾夫穩定性分析
4.1 李亞普諾夫第二法概述
4.2 李亞普諾夫意義下的穩定性
4.3 李亞普諾夫穩定性定理
4.4 線性系統的李亞普諾夫穩定性分析
4.5 變數梯度法
4.6 利用Matlab分析系統穩定性
4.7 習題舉例
4.8 習題
第5章 控制系統的狀態空間綜合
5.1 引言
5.2 狀態反饋和輸出反饋
5.3 極點配置
5.4 系統鎮定
5.5 解耦控制
5.6 狀態觀測器
5.7 降維觀測器
5.8 帶狀態觀測器的狀態反饋系統
5.9 習題舉例
5.10 習題
第6章 最優控制
6.1 引言
6.2 預備知識:向量和矩陣的導數
6.3 最優控制問題
6.4 最優控制的數學分類
6.5 動態規劃
6.6 泛函及變分法
6.7 龐特里亞金極小值原理
6.8 線性二次型最優控制問題
6.9 習題舉例
6.10 習題
參考文獻
圖書序言
本書第l版問世以來，曾作為高等學校現代控制理論課程的教材和工程人員的目學用書，也曾作為工程碩士研究生的教材，還曾作為科研院所進行現代控制理論培訓的教材，得到了讀者的好評，已修訂再版。但從高等教育尤其是研究生教育的發展，以及工程碩士研究生教學的特點和實際考慮，本書又有不全面之處，需作較大改動，為此我們又重新進行了第三次編寫。
重編本書的基本思路是，以讀者為本，引導和總結相結合，循序漸進。重編的《現代控制理論》，強化了基礎部分，加入一章經典控制理論的基本概念，使經典控制理論與現代控制理論聯繫起來，為讀者學習現代控制理論打下必要的知識基礎；對原書狀態方程與輸出方程部分、狀態反饋與狀態觀測器部分，均對示例與內容進行了補充；對基本理論，從實際出發，重點闡述了理論成熟且套用廣泛的理論，具體介紹具有二次型性能指標的最優控制，以及基於李亞普諾夫穩定性理論的模型參考自適應控制，刪去了其他部分，同時還刪去了原書的隨機系統與卡爾曼濾波部分；為使學習者在學習中思路清楚，書中設定了不同的“路標”，每章有引言、示例（或例題）和小結，書後還附有工程碩士研究生入學前後該課程的考題、回答與思考、培訓與教學，望讀者重視這些“路標”。
本書作為教材，對非自動控制專業研究生（含工程碩士研究生），可按40-60學時組織教學，講授第一章至第七章內容；對自動控制專業本科生及大專生，可按40學時組織教學，講授第二章至第五章及第八章內容；對科技人員及高級技師的現代控制理論培訓，可按24～40學時組織教學，講授第一章至第八章的相應部分。
本書由哈爾濱工業大學於長官教授主編，參加編寫及協助工作的還有張玉峰、李晶、韓華、崔繼仁、龐海紅、琚雪梅、於桂臻、王嘩、姚東媛、邵憲輝。
本書雖已是第3版，但由於內容的變動較大，加之讀者對象相對複雜，基礎和層次差別較大，顧及起來比較困難，加之編者水平所限，不妥和疏漏之處在所難免，懇請讀者批評指正，以便完善本書。
