內容提要
本書是張嗣瀛院士主編的全國高等學校自動化專業系列教材《現代控制理論》的配套習題解答。
書中對該教材各章中所有習題均給出相應解答，同時還精選近年來出版的十幾本現代控制理論教材中例題和習題並給出解答。同時書中還編錄了一些利用MATLAB語言求解的習題。
本書以自動化專業及相關專業本科生為主要讀者對象，同時也可供研究生和相關的工程技術人員參考。
作者簡介
高立群，男，1949年5月生於遼寧省瀋陽市。1982年畢業於大連海事大學師資班，1987-1989年在荷蘭代爾夫特工業大學數學信息系學習，1990年獲博士學位。現為東北大學信息科學與工程學院教授，博士生導師。主要研究方向為複雜系統建模與控制。
鄭艷，女，1963年11月出生於遼寧省瀋陽市。1984年畢業於東北大學自動化系，2006年於東北大學獲博士學位。現為東北大學信息科學與工程學院副教授，控制理論與導航技術研究所副所長。主要研究方向為變結構控制、非線性系統控制等。
井元偉，男，1956年11月出生於遼寧省 瀋陽市。1982年畢業於遼寧大學數學系，1988年畢業於東北大學獲得博士學位。1998年-1999年在美國密蘇里大學堪薩斯城分校做訪問學者。現為東北大學信息科學與工程學院教授，控制理論與導航技術研究所副所長，博士生導師。主要研究方向為非線性控制理論、網路通信系統的控制與決策、飛行器姿態控制等。
前言
為適應我國對高等學校自動化抓也人才培養的需要，“教育部高等學校自動化專業教學指導分委員會”聯合了“中國自動化學會教育工作委員會”、“中國電工技術學會高等自動化教育專業委員會”、中國系統仿真學會教育工作委員會”和中國機械工業教育協會電氣工程及自動化學科委員會“四個委員會以教學創新為指導思想，以教材帶動教學改革為仿真，採取全國公開招標方式組織編寫了一套自動化系列教材。本書是對該系列教材中《現代控制理論》（張嗣瀛院士主編）一書相配套的習題解答。
書中不僅對該教材各章中所有習題均給出相應的、詳盡的解答，同時還精選近幾年出版的十幾本現代控制理論教材中的例題和習題並給出解答。書中題號右上角標“*”的為所增加的習題，題號右上角標“**”的為原書中的例題。書中習題涉及系統的狀態方程建立及解法；系統的能控性、能觀性和穩定性理論；極點配置、反饋解耦、觀測器設計等綜合理論；以及最優控制理論和狀態估計理論。本書可以幫助不同層次的讀者更好地理解和掌握現代控制理論的思想和內容。書中介紹的利用MATLAB語言求解的習題，有利於培養讀者利用計算機解決實際問題的能力。
本書以自動化及相關專業本科生為主要讀者對象，同時也適用於自動化及相關專業的專科生和研究生使用。
東北大學高立群教授編寫了第1、5、6、8章，井元偉教授編寫了第4、7章，鄭艷副教授編寫了第2、3章，張嗣瀛院士進行了總體構思和總篡。此外參加編寫工作的還有李揚、王坤、片兆宇、郭麗博士研究生，再次對他們表示感謝。
由於時間比較倉促，書中可能存在錯誤，請讀者批評、指正。另外有些題目解法和答案並不唯一，這裡一般只給出一種解法和答案。
目錄
第1章 緒論
1.1 控制理論的發展歷程簡介
1.2 現代控制理論的主要內容
1.3 本書內容及其特點
習題與解答
第2章 控制系統的狀態空間描述
2.1 幾個重要概念
2.2 狀態空間表達式的一般形式
2.3 狀態空間表達式的建立
2.3.1 由物理系統的機理直接建立狀態空間表達式
2.3.2 由高階微分方程化為狀態空間描述
2.3.3 由傳遞函式建立狀態空間表達式
2.4 線性變換
2.4.1 把狀態方程變換為對角標準型
2.4.2 把狀態方程化為約當標準型
習題與解答
第3章 狀態方程的解
3.1 線性定常系統狀態方程的解
3.2 狀態轉移矩陣
3.3 線性時變系統齊次狀態方程的解
3.4 線性時變系統非齊次狀態方程的解
3.5 線性連續系統的時間離散化
3.6 離散時間系統狀態方程的解
習題與解答
第4章 線性系統的能控性與能觀性
4.1 定常離散系統
4.2 定常連續系統的能控性
4.3 定常連續系統的能觀性
4.4 線性時變系統的能控性及能觀性
4.5 能控性與能觀性的對偶關係
4.6 線性定常系統的結構分解
4.6.1 系統能控性分解
4.6.2 系統的能觀性分解
4.6.3 系統按能控性與能觀性進行標準分解
4.7 能控性、能觀性與傳遞函式矩陣的關係
4.7.1 單輸入單輸出系統
4.7.2 多輸入多輸出系統
4.8 能控標準型和能觀標準型
4.8.1 系統的能控標準型
4.8.2 系統的能觀標準型
4.9 系統的實現
4.9.1 單輸入單輸出系統的實現問題
4.9.2 多輸入多輸出系統的實現問題
4.9.3 傳遞函式矩陣的最小實現
習題與解答
第5章 控制系統的李雅普諾夫穩定性分析
5.1 穩定性的基本概念
5.2 李雅普諾夫穩定性理論
5.2.1 李雅普諾夫第一方法
5.2.2 李雅普諾夫第二方法
習題與解答
第6章 狀態反饋和狀態觀測器
6.1 狀態反饋
6.1.1 基本概念
6.1.2 單輸入系統極點配置的算法
6.1.3 多輸入系統的極點配置
6.1.4 利用MATLAB實現極點配置
6.2 套用狀態反饋實現解耦控制
6.2.1 問題的提出
6.2.2 實現解耦控制的條件和主要結論
6.2.3 解耦算法
6.3 狀態觀測器
習題與解答
第7章 最優控制
7.1 求解最優控制的變分方法
7.1.1 泛函與變分法
7.1.2 歐拉方程
7.1.3 橫截條件
7.1.4 含有多個未知函式泛函的極值
7.1.5 條件極值
7.1.6 最優控制問題的變分解法
7.2 最大值原理
7.2.1 最大值原理
7.2.2 古典變分法與最小值原理
7.3 動態規劃
7.3.1 多級決策過程與最優性原理
7.3.2 離散系統動態規劃
7.3.3 連續系統的動態規劃
7.4 線性二次型性能指標的最優控制
7.4.1 狀態調節器
7.4.2 輸出調節器
7.4.3 跟蹤問題
7.4.4 利用MATLAB求解最優控制
7.5 快速控制系統
習題與解答
第8章 狀態估計（卡爾曼濾波）
8.1 最小方差估計
8.2 線性最小方差估計
8.3 最小二乘估計
8.4 投影定理
8.5 卡爾曼濾波
8.6 利用MATLAB實現狀態估計
習題與解答
參考文獻
