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 本書的內容和特點



第2章 控制繫統的狀態空間描述

2.1 基本概念

2.1.1 幾個定義

2.1.2 狀態空間表達式的一般形式

2.1.3 狀態空間表達式的繫統方框圖

2.1.4 狀態空間表達式的狀態變量圖

2.2 傳遞函數與傳遞函數矩陣

2.2.1 單輸入單輸出繫統

2.2.2 多輸人多輸出繫統

2.3 狀態空間表達式的建立

2.3.1 由物理繫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 由傳遞函數建立狀態空間表達式

2.4 組合繫統的狀態空間表達式

2.4.1 並聯聯結

2.4.2 串聯聯結

2.4.3 反饋聯結

2.5 線性變換

2.5.1 繫統狀態的線性變換

2.5.2 把狀態方程變換為對角標準形

2.5.3 把狀態方程化為若爾當標準形

2.5.4 繫統經狀態變換後特征值及傳遞函數矩陣的不變性

2.6 離散時間繫統的狀態空間表達式

2.7 用MATLAB分析狀態空間模型

小結

習題



第3章 狀態方程的解

3.1 線性定常繫統齊次狀態方程的解

3.2 矩陣指數

3.2.1 矩陣指數的性質

3.2.2 幾個特殊的矩陣指數

3.2.3 矩陣指數的計算

3.3 線性定常連續繫統非齊次狀態方程的解

3.4 線性定常繫統的狀態轉移矩陣

3.4.1 基本概念

3.4.2 線性定常繫統的狀態轉移矩陣

3.4.3 狀態轉移矩陣的性質

3.5 線性時變繫統狀態方程的解

3.5.1 線性時變繫統齊次狀態方程的解

3.5.2 線性時變繫統的狀態轉移矩陣

3.5.3 線性時變繫統非齊次狀態方程的解

3.6 線性連續繫統的時間離散化

3.6.1 近似離散化

3.6.2 線性連續繫統狀態方程的離散化

3.7 離散時間繫統狀態方程的解

3.7.1 遞推法求解線性離散繫統的狀態方程

3.7.2 z變換法

3.8 利用MATLAB求解繫統的狀態方程

小結

習題



第4章 線性繫統的能控性與能觀測性

4.1 定常離散繫統的能控性

4.1.1 定常離散繫統的能控性定義

4.1.2 單輸入離散繫統能控性的判定條件

4.1.3 多輸入離散繫統能控性的判定條件

4.2 定常連續繫統的能控性

4.2.1 線性定常連續繫統的能控性定義

4.2.2 線性定常連續繫統的能控性判據

……



第5章 控制繫統的李雅普諾夫穩定性分析

第6章 狀態反饋和狀態觀測器

第7章 控制

第8章 狀態估計

附錄 AMATLAB軟件包簡介

參考文獻

本書的前身是由原冶金部組織、張嗣瀛院士主編，由冶金部部屬院校自動化專業教師共同編寫的規劃教材，該教材總結了多所高校教師多年的教學經驗。本書是編者結合自己長期從事現代控制理論教學的經驗，參閱並吸取了國內外優秀教材的內容，進一步修訂、完善原有教材而完成。書中將MATLAB軟件引入課堂教學，有利於培養學生利用計算機進行科學研究及解決實際問題的能力。書中還適當地介紹了有關魯棒控制的知識，可以幫助學生擴大視野，接觸到較新的知識和技術，為今後從事先進理論和技術的研究開發提供支持。

 在內容上，本書主要講述狀態空間法的基本概念和基本方法，其中包括繫統的狀態方程建立及解法，能控性、能觀測性和穩定性等定性理論，極點配置、反饋解耦、觀測器設計等綜合理論，以及控制理論和狀態估計理論。

 在結構上，本書如下安排： 首先給出控制繫統的數學描述，提出狀態變量和狀態方程概念； 然後對繫統進行運動分析和基本性質（能控性、能觀測性和穩定性）分析； 進而給出繫統的綜合與設計方法； 後介紹了繫統狀態的估計（卡爾曼濾波）。

 東北大學高立群教授編寫了第1，5，6，8章和附偉教授編寫了第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纂。

 鋻於本書是在原冶金部統一教材基礎上進一步完成的，這裡向原教材的編者朱祖茲、董木森、王景纔、王貞祥表示謝意。同時也向支持和參與編寫工作的所有老師和同學們表示謝意。

 由於編者水平有限，書中難免存在錯誤和不當之處，敬請各界同仁和廣大讀者給予批評指正，編者將不勝感激。

編者

2006年1月