现代控制理论及其MATLAB实现

内容简介

    本书主要介绍应用现代控制理论进行系统分析和综合的方法及其MATLAB编程与计算。全书共分6章，主要内容包括：第1章控制系统的状态空间数学模型，第2章控制系统的运动分析，第3章控制系统的稳定性分析，第4章控制系统的能控性与能观测性，第5章线性定常控制系统的综合，第6章控制。本书配套的电子课件和习题参考答案，可登录华信教育资源网www.hxedu.com.cn，注册后免费下载。

目录

第1章  控制系统的状态空间数学模型        <br>/
   1.1  基本概念      <br>/
   1.2  线性定常连续系统的状态空间数学模型    <br>/
    1.2.1  根据物理模型建立状态空间模型     <br>/
    1.2.2  根据微分方程建立状态空间模型  <br>/
    1.2.3  根据传递函数建立状态空间模型    <br>/
    1.2.4  根据系统的传递函数结构图建立状态空间模型     <br>/
    1.2.5  状态空间模型的线性变换     <br>/
    1.2.6  状态空间模型与传递函数矩阵之间的关系   <br>/
   1.3  线性时变连续系统的状态空间数学模型      <br>/
   1.4  非线性连续系统的状态空间数学模型  <br>/
    1.4.1  本质非线性系统的状态空间模型     <br>/
    1.4.2  本征非线性系统的状态空间模型      <br>/
   1.5  线性离散系统的状态空间数学模型  <br>/
    1.5.1  基本概念      <br>/
    1.5.2  线性定常离散系统的状态空间模型      <br>/
   1.6  线性定常系统状态空间模型的MATLAB实现      <br>/
    1.6.1  数学模型的MATLAB表示法     <br>/
    1.6.2  实现能控规范型的MATLAB编程及计算    <br>/
   习题1   <br>/
第2章  控制系统的运动分析        <br>/
   2.1  线性定常连续系统的运动分析      <br>/
    2.1.1  系统状态自由运动     <br>/
    2.1.2  状态转移矩阵     <br>/
    2.1.3  系统状态受控运动      <br>/
    2.1.4  系统的输出响应      <br>/
    2.1.5  实现线性定常连续系统运动分析的MATLAB编程      <br>/
   2.2  线性时变连续系统的运动分析    <br>/
    2.2.1  系统状态自由运动    <br>/
    2.2.2  状态转移矩阵     <br>/
    2.2.3  系统状态受控运动      <br>/
    2.2.4  系统输出响应  <br>/
    2.2.5  实现线性时变连续系统运动分析的MATLAB编程     <br>/
   2.3  线性定常离散系统的运动分析     <br>/
    2.3.1  线性定常连续系统的离散化及其MATLAB实现     <br>/
    2.3.2  线性定常离散系统的运动分析    <br>/
    2.3.3  实现线性定常离散系统运动分析的MATLAB编程  

摘要与插图

    现代控制理论是控制工程学科要的基础理论之一，前承经典控制理论，后继智能控制理论，成形于20世纪60年代初。其主要内容有线性系统理论、非线性系统理论、控制理论、随机控制理论和适应控制理论等。
　　现代控制理论的奠基成果是美国数学家贝尔曼（R. Richard Bellman）于1954年创立的动态规划法、前苏联数学家列夫庞特里亚金（Лев Семёнович Понтрягин）于1956年创立的极大值原理和匈牙利裔美国数学家卡尔曼（Rudolph E. Kalman）于1961创立的卡尔曼滤波理论。这些成果为控制理论开辟了一个新天地并独立于经典控制理论而成为一个新领域。
　　现代控制理论是伴随着空间技术与计算机技术的发展而诞生和成熟的。正是飞速发展的空间技术使该理论有了思想源泉和用武之地，也正是日新月异的计算机技术为该理论提供了强有力的工具，使其如虎添翼。
　　虽然现代控制理论属于控制工程学科的基础理论，但它研究和解决的问题是系统问题，而系统问题不仅存在于控制工程学科，而且存在于大多数工程学科、自然学科和农林学科，甚至存在于经济和管理学科。尽管不同学科中的系统问题各有不同，但毕竟存在共性。共性问题可用相同或类似的方法解决。他山之石，可以攻玉，学科交叉和渗透更能促进学术进步。
　　对于非控制工程学科，现代控制理论是他山之石。然而现代控制理论的数学基础——状态空间模型又何尝不是控制工程学科的他山之石，因为状态空间模型源于机械工程学科的分析力学。这一事实说明不同学科之间虽然存在界线，但更存在交叉与融合。
　　现代控制理论是研究控制问题的基础理论，而控制是所有工程领域不可或缺的，无论是信息还是金融、机械还是纺织、宇航还是船舶、冶金还是化工、交通还是能源、家用电器还是仪器仪表等，哪个领域能离开控制？毫不夸张地说，没有控制就没有现代文明。从这个意义上讲，现代控制理论是所有工程学科的一块理论基石。
　　现代控制理论不仅是一门重要的学科理论，还是一门的自然辩证法，处处贯穿着系统的观点、运动的观点、内因外因的观点、事物相互作用相互联系的观点、主要矛盾和次要矛盾的观点等，闪烁着辩证法的光芒。这些对于启迪思想、培养分析问题和解决问题的能力十分有益。学习和掌握这门理论，对从事科学研究和技术工作的人无疑十分必要。
　　由于上述原因，现代控制理论不仅是高等院校电气工程和自动化专业本科生和硕士研究生的学位课，也是机械工程、动力工程、仪器科学与技术、交通运输工程和船舶工程等专业硕士研究生的学位课。
　　翻开现代控制理论方面的著作，从头至尾整页整页的数学公式，乍一看，与数学别无二致。的确，现代控制理论的大部分内容不是数学论证就是数学计算，有些内容还触及应用数学前沿，但这些论证和计算是关于控制系统具体问题的数学论证和计算，或者说是求解具体控制工程问题的数学。对于读者来说，每一个问题的数学论证和计算或者有益于提高数学建模和分析能力，或者有益于提高分析和解决工程问题的能力，或者有益于培养逻辑推理和判断能力，总而言之，有益于充实理论和技术素养、提高科学研究能力。这也正是非控制工程专业的研究生学习现代控制理论的根本出发点和归宿。
　　本书是为适应机械工程和动力工程专业硕士研究生学位课程“现代控制理论”的教学需要编写的，内容的深度和广度也是根据这两专业研究生的知识结构和综合素质要求选定的。
　　与同类教材相比，本书的特点表现为“三多”，即例题多，结构图多，MATLAB程序多。
    ●例题多
　　现代控制理论包含许许多多定义、定理和公式，要弄