了得網研究生_控制繫統理論及應用（第2版）

內容簡介

控制繫統理論內容豐富，本書以加強基礎、突出重點、注重應用為原則，主要介紹線性繫統的基本理論及其應用、控制繫統的不確定性與魯棒性分析、多變量協調控制、*控制與**估計等內容。在介紹有關基本概念時，力求在保持理論嚴密性的前提下，盡可能從工程實例來引入重要的概念和方法，使讀者能較快地掌握控制繫統理論的基本內容，為今後深入學習本學科的其他分支學科打好基礎。
本書可作為控制理論與控制工程專業本科生或研究生的教材或教學參考書，亦可供相關領域科技人員使用。

緒論
第1章控制繫統的數學模型
1.1 控制繫統的運動方程
1.1.1 動力學繫統
1.1.2 描述運動的微分方程
1.1.3 非線性方程的線性化
1.1.4 離散時間運動方程
1.2 線性微分方程的解
1.2.1 線性微分方程的標準解
1.2.2 線性微分方程的拉氏變換解
1.2.3 運動的模態
1.3 控制繫統的傳遞函數
1.3.1 傳遞函數
1.3.2 繫統結構圖緒論
第1章控制繫統的數學模型
1.1 控制繫統的運動方程
1.1.1 動力學繫統
1.1.2 描述運動的微分方程
1.1.3 非線性方程的線性化
1.1.4 離散時間運動方程
1.2 線性微分方程的解
1.2.1 線性微分方程的標準解
1.2.2 線性微分方程的拉氏變換解
1.2.3 運動的模態
1.3 控制繫統的傳遞函數
1.3.1 傳遞函數
1.3.2 繫統結構圖
1.3.3 傳遞函數極點與零點的相消
1.4 控制繫統的狀態空間描述
1.4.1 狀態空間的基本概念
1.4.2 狀態空間表達式
1.4.3 由繫統微分方程建立狀態空間表達式
1.4.4 繫統傳遞函數與狀態空間表達式的互換
1.4.5 組合繫統的狀態空間表達式
1.4.6 離散繫統的狀態空間表達式
1.5 繫統狀態空間表達式的解
1.5.1 矩陣指數函數
1.5.2 狀態轉移矩陣
1.5.3 狀態方程的解
1.5.4 繫統特征值與模態的不變性
習題
第2章線性控制繫統的結構分析
2.1 特征值標準型
2.1.1 狀態空間的等價變換
2.1.2 繫統的特征值和特征向量
2.1.3 對角線標準型
2.1.4 約當標準型
2.1.5 模態標準型
2.2 狀態可控性
2.2.1 狀態可控性定義
2.2.2 狀態可控性判據
2.3 狀態可觀性
2.3.1 狀態可觀性定義
2.3.2 狀態可觀性判據
2.4 狀態可控性與可觀性的對偶原理
2.5 狀態可控標準型和可觀標準型
2.6 線性繫統的結構分解
2.6.1 按可控性分解
2.6.2 按可觀性分解
2.6.3 按可控性和可觀性分解
2.7 狀態可控性可觀性與傳遞函數矩陣
2.7.1 單輸入單輸出繫統的零極相消
2.7.2 多輸入多輸出繫統的零極相消
2.7.3 輸出可控性
2.8 傳遞函數矩陣的實現
2.8.1 實現和小實現
2.8.2 標量傳遞函數的實現
習題
第3章控制繫統的穩定性與魯棒性分析
3.1 李雅普諾夫關於穩定性的定義
3.1.1 運動穩定性及平衡狀態
3.1.2 穩定性的幾個定義
3.2 李雅普諾夫法
3.2.1 線性繫統的穩定性
3.2.2 非線性繫統的穩定性
3.3 李雅普諾夫第二法
3.3.1 預備知識
3.3.2 幾個穩定性判據
3.3.3 對李雅普諾夫函數的討論
3.4 李雅普諾夫方法在線性繫統中的應用
3.4.1 線性定常連續繫統漸近穩定判據
3.4.2 線性定常離散時間繫統漸近穩定判據
3.4.3 繫統響應的快速性指標
3.4.4 參數的化設計
3.4.5 狀態反饋的設計
3.5 李雅普諾夫方法在非線性繫統中的應用
3.5.1 雅可比矩陣法
3.5.2 變量梯度法
3.6 繫統不確定性與魯棒性
3.6.1 不確定模型
3.6.2 魯棒穩定性
3.6.3 魯棒性能分析
習題
第4章線性定常繫統的綜合
4.1 線性反饋控制繫統
4.1.1 狀態反饋
4.1.2 輸出反饋
4.1.3 從輸出到狀態向量導數王反饋
4.1.4 動態補償器
4.1.5 閉環繫統的可控性與可觀性
4.2 閉環繫統的極點配置
4.2.1 采用狀態反饋
4.2.2 采用輸出反饋
4.2.3 繫統鎮定問題
4.3 繫統解耦問題
4.3.1 前饋補償器解耦
4.3.2 狀態反饋解耦
4.4 多變量協調控制
4.5 狀態重構
4.5.1 狀態觀測器定義
4.5.2 狀態觀測器的存在性
4.5.3 狀態觀測器的實現
4.5.4 降維觀測器
4.6 帶有狀態觀測器的反饋控制繫統
4.6.1 繫統的結構與狀態空間表達式
4.6.2 閉環繫統的基本特征
4.6.3 狀態反饋繫統與輸出反饋繫統
4.7 有外擾時控制繫統的綜合
4.7.1 調節器問題
4.7.2 閉環繫統實現靜態無差的判據
4.7.3 外擾狀態可直接測量時的綜合
4.8 魯棒調節器
4.8.1 常值擾動下的魯棒調節器
4.8.2 魯棒調節器的構造
習題
第5章控制與估計
5.1 控制的數學描述
5.1.1 控制問題的實例
5.1.2 控制問題的基本概念
5.2 變分法及其在控制中的應用
5.2.1 泛函與變分的基本概念
5.2.2 泛函極值條件
5.2.3 應用變分法求解控制問題
5.3 極小值原理及應用
5.3.1 基本原理
5.3.2 Bang—Bang控制
5.3.3 雙積分繫統的時間控制
5.4 隨機繫統及基本估計方法
5.4.1 隨機繫統的基礎知識
5.4.2 小方差估計與線性小方差估計
習題
第六章 MATLAB應用實例
6.1 引言
6.2 狀態空間模型的建立與變換
6.3 狀態轉移矩陣與狀態方程的求解
6.4 狀態響應求解與響應曲線繪制
6.5 可控性與可觀性的判斷與分解
6.6 繫統標準型的求解
6.7 繫統穩定性的分析
6.8 閉環繫統的極點配置
6.9 狀態觀測器的設計
6.10 二次調節器的設計
參考文獻

在線試讀

第1章控制繫統的數學模型
描述繫統中各種物理量之間的相互作用關繫和各自的變化規律的表達式構成繫統的數學模型。這些數學模型可按其輸入、輸出變量個數分為單變量繫統或多變量繫統；按隨時間變化取值方式分為連續繫統或離散繫統；按隨機因素的加入與否分為隨機繫統或確定繫統；按所含非線性因素的性質分為線性繫統或非線性繫統；按對像參數變化情況分為時變繫統或定常繫統；還可按對對像的認知程度劃分為不確定性繫統或確定性繫統。
控制繫統理論所研究的主要問題是分析一個給定繫統的性質和特征以及設計一個繫統使其具有給定的性質和特征，即如何根據實際對像建立適當的數學模型，如何根據這些數學模犁分析繫統的特征，又如何合理地設計出控制策略或控制器來達到控制目的。
1.1控制繫統的運動方程
被控對像與控制器組成一個控制繫統。從被控對像獲取信息，反過來又把調節被控制量的作用反饋給被控對像的控制法稱為反饋控制。信息的傳遞途徑是一個自身閉合的環，稱為閉環，反饋控制總是通過閉環來實現的。信息和控制作用的傳遞是單向的，稱為順饋控制，不構成閉合環的，稱為開環。
一個動態繫統，其行為變化由“外部”（輸入變量）所激勵，並向“外部”（輸出變量）提供其行為變化的某些特征。輸入變量又可細分為“控制量”和“外擾”，而輸出變量又可分為“被調量”和“測量量”，這兩種量常常有重疊部分。
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