本書從工程應用角度出發，以線性繫統理論和*優控制為主線，介紹現代控制理論的基本方法。其中，線性繫統理論部分主要闡述狀態空間分析法和綜合法的基本內容，包括動態繫統的狀態空間描述、動態繫統的定量分析（狀態方程的解）和定性分析（能控性、能觀測性、李亞普諾夫穩定性）、動態繫統的綜合（狀態反饋與狀態觀測器設計）；*優控制部分在介紹解決*優問題3種基本方法（變分法、極小值原理、動態規劃法）的基礎上，闡述兩類典型*優反饋繫統的設計（線性二次型*優控制、*小時間控制）。本書在保證理論知識體繫結構完整的前提下，融入MATLAB在線性繫統理論和*優控制中的應用。本書注重現代控制理論的工程應用背景和對學生應用狀態空間方法解決實際工程問題能力的培養，力求結合物理概念闡述重要概念和方法，通過工程應用舉例促進理論聯繫實際。本書可作為高等院校自動化、電氣工程及其自動化等專業本科生的教材，也可供相關專業的研究生及相關領域的工程技術人員學習參考。

王宏華，男，教授，主要研究方向：先進控制理論及應用、運動控制繫統、新型交直流電力傳動、電能質量監控及節能新技術、電力電子繫統的控制等。

緒論
0．1 自動控制理論的發展與現狀
0．2 現代控制理論的研究範圍
0．3 經典控制理論與現代控制理論的聯繫與比較
0．4 MATLAB控制繫統工具箱簡介
0．5 本書綜述
第1章 動態繫統的狀態空間描述
1．1 引言
1．2 動態繫統的狀態空間模型
1．2．1 狀態空間的基本概念
1．2．2 動態繫統狀態空間表達式的一般形式
1．2．3 狀態空間模型的圖示
1．2．4 由繫統機理建立狀態空間模型示例
1．3 動態繫統數學模型變換
1．3．1 狀態向量的線性變換與狀態空間表達式標準型
1．3．2 繫統的高階微分方程描述化為狀態空間描述
1．3．3 繫統的傳遞函數描述化為狀態空間描述
1．3．4 繫統的傳遞函數陣
1．4 離散繫統的狀態空間描述
1．4．1 離散繫統的狀態空間表達式
1．4．2 差分方程化為狀態空間表達式
1．4．3 由脈衝傳遞函數化為狀態空間表達式
1．4．4 由離散繫統狀態空間表達式求脈衝傳遞函數矩陣
1．5 MATLAB在繫統數學模型變換中的應用
1．5．1 繫統的模型
1．5．2 繫統模型的轉換
1．5．3 繫統的線性非奇異變換與標準型狀態空間表達式
小結
思考題與習題1
上機實驗題1
第2章 線性繫統動態分析
2．1 引言
2．2 線性定常齊次狀態方程的解
2．3 狀態轉移矩陣的性質及其計算方法
2．3．1 線性定常繫統狀態轉移矩陣的運算性質
2．3．2 線性定常繫統狀態轉移矩陣的計算方法
2．4 線性定常非齊次狀態方程的解
2．5 線性時變繫統狀態方程的解
2．5．1 線性時變繫統狀態轉移矩陣的求解
2．5．2 線性時變繫統狀態轉移矩陣的性質
2．5．3 線性時變非齊次狀態方程的解
2．6 離散狀態方程的解
2．6．1 遞推法求解線性離散狀態方程
2．6．2 Z變換法求解線性定常離散狀態方程
2．7 連續狀態方程的離散化
2．7．1 線性定常連續狀態方程的離散化
2．7．2 線性時變連續狀態方程的離散化
2．8 MATLAB在線性繫統動態分析中的應用
2．8．1 應用MATLAB計算線性定常繫統的矩陣指數(狀態轉移矩陣)
2．8．2 應用MATLAB求定常繫統時間響應
2．8．3 應用MATLAB變連續狀態空間模型為離散狀態空間模型
小結
思考題與習題2
上機實驗題2
第3章 線性繫統的能控性和能觀測性分析
3．1 引言
3．2 能控性與能觀測性的概念與示例
3．3 能控性和能觀測性定義
3．3．1 能控性定義
3．3．2 能觀測性定義
3．4 線性連續繫統能控性判據
3．4．1 線性定常連續繫統能控性判據
3．4．2 線性定常連續繫統輸出能控性
3．4．3 線性時變連續繫統能控性判據
3．5 線性連續繫統能觀測性判據
3．5．1 線性定常連續繫統能觀測性判據
3．5．2 線性時變連續繫統能觀測性判據
3．6 線性離散繫統的能控性與能觀測性
3．6．1 線性離散繫統能控性定義
3．6．2 線性定常離散繫統能控性的秩判據
3．6．3 線性離散繫統能觀測性定義
3．6．4 線性定常離散繫統能觀測性的秩判據
3．6．5 離散化繫統能控性、能觀測性與采樣周期的關繫
3．7 繫統能控性和能觀測性的對偶原理
3．7．1 線性繫統的對偶關繫
3．7．2 對偶原理
3．8 線性繫統的結構分解
3．8．1 化為約當標準型的分解
3．8．2 按能控性和能觀測性分解
3．9 能控性和能觀測性與傳遞函數(陣)的關繫
3．10 能控標準型與能觀測標準型
3．10．1 單輸入繫統的能控標準型
3．10．2 單輸出繫統的能觀測標準型
3．11 傳遞函數矩陣的狀態空間實現
3．11．1 實現和最小實現概述
3．11．2 傳遞函數矩陣的能控標準型實現和能觀測標準型實現
3．11．3 傳遞函數矩陣的最小實現
3．12 MATLAB在能控性和能觀測性分析中的應用
3．12．1 繫統能控、能觀測性分析的MATLAB函數
3．12．2 用MATLAB進行繫統能控性和能觀測性分析舉例
小結
思考題與習題3
上機實驗題3
第4章 李亞普諾夫穩定性分析
4．1 引言
4．2 外部穩定性和內部穩定性
4．2．1 外部穩定性
4．2．2 內部穩定性
4．2．3 外部穩定性與內部穩定性的關繫
4．3 李亞普諾夫穩定性的基本概念
4．3．1 平衡狀態
4．3．2 範數
4．3．3 李亞普諾夫穩定性定義
4．4 李亞普諾夫穩定性定理
4．4．1 二次型函數及其定號性
4．4．2 李亞普諾夫第二法
4．5 線性定常繫統李亞普諾夫穩定性分析
4．5．1 李亞普諾夫第一法(間接法)
4．5．2 李亞普諾夫第二法
4．6 線性時變繫統李亞普諾夫函數的求法
4．6．1 線性時變連續繫統
4．6．2 線性時變離散繫統
4．7 非線性繫統李亞普諾夫穩定性分析
4．7．1 李亞普諾夫第一法分析非線性繫統的穩定性
4．7．2 李亞普諾夫第二法在非線性繫統穩定性分析中的應用
4．8 李亞普諾夫直接法應用舉例
4．8．1 線性繫統校正
4．8．2 線性繫統參數最優化設計
4．8．3 估計線性定常繫統穩定自由運動的快速性
4．9 MATLAB在繫統穩定性分析中的應用
4．9．1 李亞普諾夫第一法
4．9．2 李亞普諾夫第二法
小結
思考題與習題4
上機實驗題4
第5章 狀態反饋與狀態觀測器
5．1 引言
5．2 狀態反饋與輸出反饋
5．2．1 狀態反饋
5．2．2 輸出反饋
5．3 反饋控制對能控性與能觀測性的影響
5．4 閉環繫統極點配置
5．4．1 采用狀態反饋配置閉環繫統極點
5．4．2 采用線性非動態輸出反饋至參考輸入配置閉環繫統極點
5．4．3 鎮定問題
5．5 狀態觀測器
5．5．1 全維觀測器的構造思想
5．5．2 閉環觀測器極點配置
5．5．3 降維觀測器
5．6 采用狀態觀測器的狀態反饋繫統
5．7 解耦控制
5．7．1 前饋補償器解耦
5．7．2 輸入變換與狀態反饋相結合實現解耦控制
5．8 MATLAB在閉環極點配置及狀態觀測器設計中的應用
5．8．1 用MATLAB求解閉環極點配置問題
5．8．2 用MATLAB設計狀態觀測器
5．8．3 基於Simulink的狀態反饋繫統仿真研究
5．9 線性控制繫統理論的工程應用舉例
5．9．1 穩態精度與跟蹤問題
5．9．2 基於狀態空間綜合法的單倒立擺控制繫統設計實例
5．9．3 基於狀態空間綜合法的直流電動機調速控制繫統設計實例
小結
思考題與習題5
上機實驗題5
第6章 最優控制的基本理論及應用
6．1 引言
6．2 最優控制問題的提出及數學描述
6．2．1 最優控制問題實例
6．2．2 最優控制問題的數學描述
6．3 變分法
6．3．1 變分法的基本概念
6．3．2 用變分法求解無約束條件的泛函極值問題
6．3．3 有約束條件的泛函極值問題
6．4 極小值原理
6．5 動態規劃法
6．5．1 最優性原理
6．5．2 離散繫統的動態規劃
6．5．3 連續繫統的動態規劃
6．6 線性二次型最優調節器
6．6．1 線性二次型最優控制問題的提法
6．6．2 有限時間的線性最優調節器
6．6．3 定常線性最優調節器
6．6．4 輸出調節器
6．6．5 非零給定點調節器
6．6．6 最優跟蹤問題
6．7 最小時間控制
6．8 應用MATLAB解線性二次型最優控制問題
6．9 最優控制理論的工程應用舉例
小結
思考題與習題6
上機實驗題6
參考文獻