編輯推薦:

《現(xiàn)代控制理論》是作者20多年來給清華大學(xué)、江南大學(xué)自動化專業(yè)本科生講授“現(xiàn)代控制理論”相關(guān)課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、科學(xué)研究經(jīng)驗(yàn)，以及5年海外研究經(jīng)歷的結(jié)晶?！冬F(xiàn)代控制理論》經(jīng)過10余年試用，多次修改豐富而成，包含了作者在現(xiàn)代控制理論方面的一些研究成果。

與國內(nèi)外同類教材比較，主要特色與創(chuàng)新如下。

1. 組織結(jié)構(gòu)清晰，寫作方法獨(dú)特：《現(xiàn)代控制理論》吸收了國內(nèi)外許多教材的寫作特點(diǎn)，從控制論的產(chǎn)生，到控制科學(xué)的形成，揭示了控制方法與控制問題的機(jī)理特征。

2. 內(nèi)容新穎、創(chuàng)新性強(qiáng)：《現(xiàn)代控制理論》吸納了現(xiàn)代控制理論領(lǐng)域國內(nèi)外的一些研究成果，如Z-S變換、時(shí)變增益觀測器、魯棒觀測-控制器、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)重構(gòu)等。

3. 不僅傳授知識，而且傳授科學(xué)研究與創(chuàng)新的新思想和方法。除重點(diǎn)介紹一些基礎(chǔ)知識和基本方法外，《現(xiàn)代控制理論》還提出了一系列開放性的研究課題，使讀者知曉現(xiàn)代控制理論中的研究難點(diǎn)和未來展望。

4. 《現(xiàn)代控制理論》將推動國內(nèi)“現(xiàn)代控制理論”課程的教材向研究型教材邁進(jìn)一大步。

內(nèi)容簡介:

現(xiàn)代控制理論是自動化專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程. 本書是作者在清華大學(xué)、江南大學(xué)從事現(xiàn)代控制理論相關(guān)課程的教學(xué)和科研創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶, 介紹現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)知識: 動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述、線性系統(tǒng)的運(yùn)動分析、能控性、能觀測性、狀態(tài)反饋和觀測器等, 以及非線性系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析, 還介紹作者在現(xiàn)代控制理論方面的一些新研究成果: 連續(xù)系統(tǒng)離散化、Z.S 變換、卡爾曼濾波和連續(xù)系統(tǒng)重構(gòu).
本書不僅傳授知識, 而且還傳授科學(xué)研究與創(chuàng)新的新思想和新方法, 特別是提出了一系列值得深入研究的課題, 將引導(dǎo)讀者走上科學(xué)研究的道路. 書中一些MATLAB 仿真例子為初學(xué)者快速上手提供了學(xué)習(xí)藍(lán)本. 本書既可作為大學(xué)本科自動化專業(yè)“現(xiàn)代控制理論”課程的教材, 也可作為碩士和博士研究生“線性系統(tǒng)”課程的參考書, 還可供自動控制、電氣自動化類及相關(guān)電類專業(yè)高校教師和科技人員選用.

作者簡介:

作者簡介

    丁鋒，男，系統(tǒng)辨識專家、控制科學(xué)家、數(shù)學(xué)家；湖北廣水（應(yīng)山縣）人；清華大學(xué)博士、University of Alberta 博士后；江南大學(xué)“太湖學(xué)者”特聘教授，博士生導(dǎo)師、學(xué)科帶頭人。
 在現(xiàn)代控制理論、輔助模型辨識、多信息辨識、遞階辨識、耦合辨識、迭代辨識、濾波辨識領(lǐng)域做出了杰出貢獻(xiàn)，提出了連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)與離散時(shí)間系統(tǒng)間的Z-S變換，提出了用于時(shí)變離散時(shí)間系統(tǒng)遞推辨識方法與自適應(yīng)控制方法有界收斂性半段工具——鞅超收斂定理，研究和提出了一系列辨識新方法；尤其在Z-S變換、辨識新方法、辨識方法性能分析等方面所做的貢獻(xiàn)，具有前瞻性和開創(chuàng)性，在國內(nèi)外都處于領(lǐng)先地位。

目錄:
第1 章緒論. 1
1.1 控制論的產(chǎn)生和發(fā)展.1
1.2 現(xiàn)代控制理論的分支.3
1.3 線性系統(tǒng)理論. . 4
1.4 最優(yōu)控制理論. . 5
1.5 系統(tǒng)辨識理論. . 6
1.6 自適應(yīng)控制理論. 7
第2 章預(yù)備知識. . 9
2.1 矩陣與行列式. . 9
2.1.1 矩陣. . 9
2.1.2 矩陣運(yùn)算.10
2.1.3 分塊矩陣.19
2.1.4 行列式的定義與計(jì)算. . 21
2.1.5 矩陣行列式性質(zhì). . 23
2.1.6 塊矩陣行列式. . 24
2.2 基本矩陣與特殊矩陣. .25
2.2.1 對角矩陣、斜對角矩陣. . 25
2.2.2 奇異矩陣、三角陣.27
2.2.3 置換矩陣、轉(zhuǎn)置矩陣. . 29
2.2.4 對稱矩陣、反對稱矩陣、斜對稱矩陣. . 30
2.2.5 共軛矩陣、Hermitian 矩陣.33
2.2.6 正定矩陣、正交矩陣、酉矩陣.35
2.2.7 特殊矩陣.36
2.3 特征值問題: 特征多項(xiàng)式、特征方程、特征值. 40
2.3.1 特征多項(xiàng)式和特征方程. . 40
2.3.2 特征向量.41
2.3.3 特征多項(xiàng)式. . 42
2.3.4 譜映射定理. . 44
2.4 矩陣秩、跡和基本引理. .44
2.4.1 矩陣秩.44
2.4.2 矩陣跡.45
2.4.3 矩陣求逆引理. . 47
2.4.4 奇異值分解. . 48
2.4.5 正定矩陣的平方根分解. . 49
X 目錄
2.5 矩陣變換. 49
2.5.1 相似變換.49
2.5.2 矩陣對角化. . 50
2.5.3 矩陣約當(dāng)化. . 53
2.6 思考題. . 54
第3 章線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述. . 58
3.1 狀態(tài)空間表達(dá)的例子. .58
3.1.1 標(biāo)量系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá). . 58
3.1.2 電路系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述. . 62
3.1.3 彈簧阻尼系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述. .64
3.1.4 機(jī)電系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述. . 65
3.2 狀態(tài)空間系統(tǒng)表達(dá)式. .66
3.2.1 控制系統(tǒng)的類別. . 67
3.2.2 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá). . 68
3.2.3 離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá). . 72
3.3 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型. . 74
3.3.1 微分方程的傳遞函數(shù)表達(dá). . 74
3.3.2 傳遞函數(shù)的控制器規(guī)范型實(shí)現(xiàn). .75
3.3.3 微分方程的觀測器規(guī)范型實(shí)現(xiàn). .77
3.4 狀態(tài)空間模型線性變換及其性質(zhì). .79
3.4.1 狀態(tài)空間模型的傳遞函數(shù)陣. . 79
3.4.2 狀態(tài)空間模型的線性變換. . 81
3.4.3 線性變換下系統(tǒng)傳遞函數(shù)與特征多項(xiàng)式. 81
3.4.4 線性變換下系統(tǒng)的能控性與能觀測性. 85
3.5 狀態(tài)空間規(guī)范型. . 88
3.5.1 控制器規(guī)范型. . 88
3.5.2 能控性規(guī)范型. . 92
3.5.3 觀測器規(guī)范型. . 94
3.5.4 能觀測性規(guī)范型. . 97
3.5.5 對偶性與規(guī)范型. . 99
3.6 狀態(tài)空間標(biāo)準(zhǔn)形. 103
3.6.1 對角標(biāo)準(zhǔn)形實(shí)現(xiàn). 103
3.6.2 約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)形實(shí)現(xiàn). 109
3.6.3 傳遞函數(shù)的串聯(lián)實(shí)現(xiàn). 117
3.6.4 三對角標(biāo)準(zhǔn)形. 121
3.6.5 傳遞函數(shù)的三對角標(biāo)準(zhǔn)形實(shí)現(xiàn)(串聯(lián)實(shí)現(xiàn)) 123
3.6.6 利用MATLAB 函數(shù)進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換. . 128
3.7 多變量系統(tǒng)傳遞矩陣的計(jì)算. 130
目錄XI
3.7.1 多變量系統(tǒng)誤差傳遞函數(shù)矩陣.131
3.7.2 多變量系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)矩陣.132
3.7.3 求閉環(huán)傳遞矩陣的例子. 133
3.8 思考題.137
第4 章線性系統(tǒng)的運(yùn)動分析. . 142
4.1 線性狀態(tài)空間系統(tǒng)的解. . 142
4.1.1 線性時(shí)不變齊次狀態(tài)方程的解.142
4.1.2 線性時(shí)不變狀態(tài)空間系統(tǒng)的解.146
4.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣及其性質(zhì). . 149
4.2.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的定義. 149
4.2.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì). 149
4.2.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計(jì)算. 153
4.3 轉(zhuǎn)移矩陣的計(jì)算方法. . 155
4.3.1 拉普拉斯變換公式. 155
4.3.2 拉普拉斯反變換法. 157
4.3.3 級數(shù)展開方法. 161
4.3.4 凱萊|哈密爾頓方法. 163
4.3.5 用MATLAB 函數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)移矩陣. . 164
4.4 特殊矩陣的轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算. .164
4.4.1 基本函數(shù)級數(shù)公式. 164
4.4.2 基本矩陣的轉(zhuǎn)移矩陣. 165
4.4.3 關(guān)系矩陣的轉(zhuǎn)移矩陣. 172
4.5 線性時(shí)變狀態(tài)空間系統(tǒng)的解. 175
4.5.1 線性時(shí)變系統(tǒng)的解. 175
4.5.2 時(shí)變線性變換. 176
4.6 思考題.178
第5 章線性系統(tǒng)的能控性與能觀測性. . 185
5.1 線性系統(tǒng)的能控性. 185
5.1.1 能控性和能達(dá)性. 185
5.1.2 線性系統(tǒng)能控性判據(jù). 186
5.1.3 能控性例子. 187
5.2 線性系統(tǒng)的能觀測性. . 190
5.2.1 能觀測性與能檢測性. 190
5.2.2 線性系統(tǒng)能觀測性判據(jù). 190
5.2.3 能觀測性例子. 191
5.3 規(guī)范型與標(biāo)準(zhǔn)形的能控性. .193
5.3.1 控制器與能控性規(guī)范型的能控性. . 193
5.3.2 觀測器與能觀測性規(guī)范型的能控性. . 195
XII 目錄
5.3.3 對角標(biāo)準(zhǔn)形的能控性. 196
5.3.4 約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)形的能控性. 198
5.4 傳遞函數(shù)的最小實(shí)現(xiàn). . 201
5.4.1 傳遞函數(shù)與能控性能觀測性的關(guān)系. . 201
5.4.2 單輸入多輸出系統(tǒng)的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn). . 203
5.4.3 多輸入單輸出系統(tǒng)的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn). . 205
5.4.4 多輸入多輸出系統(tǒng)的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn). . 208
5.5 線性系統(tǒng)的能控性與能觀測性結(jié)構(gòu)分解. 209
5.5.1 系統(tǒng)能控性結(jié)構(gòu)分解. 209
5.5.2 系統(tǒng)能觀測性結(jié)構(gòu)分解. 214
5.5.3 系統(tǒng)能控性能觀測性結(jié)構(gòu)分解.216
5.6 組合系統(tǒng)的能控性與能觀測性. 222
5.6.1 串聯(lián)組合系統(tǒng). 222
5.6.2 并聯(lián)組合系統(tǒng). 224
5.6.3 反饋組合系統(tǒng). 226
5.7 思考題.229
第6 章線性系統(tǒng)的綜合與設(shè)計(jì). .233
6.1 經(jīng)典系統(tǒng)輸出反饋. 233
6.1.1 輸出比例|微分反饋. 233
6.1.2 輸出比例反饋. 234
6.1.3 輸出微分反饋. 235
6.1.4 輸出比例|積分|微分反饋.235
6.2 狀態(tài)反饋與極點(diǎn)配置. . 236
6.2.1 狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置的一般方法.236
6.2.2 控制器規(guī)范型極點(diǎn)配置方法.242
6.2.3 能控性規(guī)范型極點(diǎn)配置方法.246
6.2.4 一般可控狀態(tài)空間模型極點(diǎn)配置方法. . 250
6.2.5 狀態(tài)空間系統(tǒng)輸出反饋. 252
6.3 狀態(tài)重構(gòu)問題與狀態(tài)觀測器. 253
6.3.1 開環(huán)狀態(tài)觀測器. 254
6.3.2 閉環(huán)狀態(tài)觀測器. 256
6.3.3 觀測器規(guī)范型的觀測器設(shè)計(jì).259
6.3.4 能觀測性規(guī)范型觀測器設(shè)計(jì)方法. . 263
6.3.5 一般可觀測狀態(tài)空間模型觀測器設(shè)計(jì)方法. . 267
6.4 基于觀測器的狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)方法. 269
6.4.1 基于觀測器狀態(tài)反饋的復(fù)合系統(tǒng). . 269
6.4.2 基于觀測器狀態(tài)反饋的分離性原理. . 271
6.4.3 基于觀測器的狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)步驟. . 272
目錄XIII
6.5 離散時(shí)間系統(tǒng)時(shí)變增益最優(yōu)觀測器設(shè)計(jì)方法.275
6.5.1 系統(tǒng)描述與狀態(tài)觀測器. 275
6.5.2 時(shí)變增益最優(yōu)觀測器設(shè)計(jì). 276
6.6 降維狀態(tài)觀測器及其設(shè)計(jì). .279
6.6.1 線性變換. 279
6.6.2 變換后的降維觀測器. 281
6.7 魯棒觀測器|控制器的設(shè)計(jì). 282
6.7.1 參數(shù)攝動多變量系統(tǒng). 282
6.7.2 魯棒觀測器|控制器. 283
6.7.3 魯棒穩(wěn)定性定理. 286
6.8 多變量系統(tǒng)解耦. 289
6.8.1 前饋補(bǔ)償器解耦. 289
6.8.2 單位反饋前向通道補(bǔ)償器解耦.291
6.8.3 反饋通道補(bǔ)償器解耦. 295
6.8.4 前向通道反饋通道補(bǔ)償器解耦.296
6.9 思考題.297
第7 章李雅普諾夫穩(wěn)定性分析. .300
7.1 系統(tǒng)平衡狀態(tài)與穩(wěn)定性定義. 300
7.1.1 系統(tǒng)的平衡狀態(tài). 300
7.1.2 穩(wěn)定性的定義. 301
7.1.3 純量函數(shù)的性態(tài). 302
7.1.4 二次型函數(shù). 303
7.2 李雅普諾夫第一方法. . 304
7.2.1 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù). 304
7.2.2 非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性. 305
7.3 李雅普諾夫第二方法. . 307
7.3.1 李雅普諾夫主穩(wěn)定性定理. 308
7.3.2 克拉索夫斯基方法. 310
7.4 線性時(shí)不變系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析. 312
7.4.1 線性時(shí)不變連續(xù)時(shí)間系統(tǒng). 312
7.4.2 線性時(shí)不變離散時(shí)間系統(tǒng). 316
7.5 思考題.318
第8 章連續(xù)系統(tǒng)離散化與卡爾曼濾波. . 321
8.1 差分方程與傳遞算子. . 321
8.2 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)離散化. . 322
8.2.1 信號離散化與系統(tǒng)離散化. 322
8.2.2 連續(xù)時(shí)間信號采樣. 323
8.2.3 脈沖不變離散化. 329
XIV 目錄
8.2.4 階躍不變離散化. 331
8.3 離散時(shí)間系統(tǒng)模型及其轉(zhuǎn)化. 334
8.3.1 離散時(shí)間狀態(tài)空間模型及其解.334
8.3.2 差分方程化為狀態(tài)空間模型.335
8.3.3 離散狀態(tài)空間模型化為差分方程. . 336
8.3.4 離散時(shí)間狀態(tài)空間模型連續(xù)化.337
8.4 連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)間的變換. 340
8.4.1 歐拉變換和雙線性變換. 340
8.4.2 脈沖不變Z{S 變換. . 342
8.4.3 階躍不變Z{S 變換. . 348
8.5 線性離散系統(tǒng)的最小二乘參數(shù)辨識. . 352
8.5.1 線性系統(tǒng)辨識模型. 352
8.5.2 最小二乘估計(jì). 354
8.5.3 最小二乘辨識算法. 355
8.5.4 遞推最小二乘辨識算法. 357
8.6 線性離散時(shí)間狀態(tài)空間系統(tǒng)的卡爾曼濾波. 359
8.6.1 線性時(shí)不變離散時(shí)間狀態(tài)空間系統(tǒng). . 359
8.6.2 線性時(shí)變離散時(shí)間狀態(tài)空間系統(tǒng). . 361
8.7 卡爾曼濾波用于系統(tǒng)參數(shù)辨識. 362
8.7.1 加權(quán)遞推最小二乘辨識算法.362
8.7.2 協(xié)方差陣修正最小二乘辨識算法. . 363
8.8 思考題.364
第9 章連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)從其離散化模型的重構(gòu). 367
9.1 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)離散化與反問題. 367
9.1.1 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)離散化. 367
9.1.2 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)離散化問題. 368
9.1.3 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的重構(gòu)問題. 370
9.2 非均勻周期采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)模型. 372
9.3 離散時(shí)間系統(tǒng)的能控性和能觀測性. . 374
9.4 不同采樣間隔單率離散模型的計(jì)算. . 377
9.4.1 矩陣C 和D 的計(jì)算. 377
9.4.2 矩陣G?i 的計(jì)算.377
9.4.3 矩陣F?i 的計(jì)算. 379
9.5 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的重構(gòu). . 379
9.6 離散系統(tǒng)的參數(shù)辨識算法. .382
9.6.1 狀態(tài)已知情形. 382
9.6.2 狀態(tài)未知情形. 383
9.7 數(shù)值仿真例子. .386
目錄XV
英漢術(shù)語對照. .389
索引. 392
后記. 400
參考文獻(xiàn). . 404__