现代控制理论基础（第3版）/“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王孝武 编

图书标签:

• 控制理论
• 现代控制
• 自动控制
• 系统分析
• 数学模型
• 状态空间
• 可控性
• 可观性
• 最优控制
• 规划教材

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111425472

版次：3

商品编码：11306428

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十一五”国家级规划教材·普通高等教育电气工程与自动化类“十一五”规划教材

开本：16开

出版时间：2013-08-01

页数：156

内容简介

　　《现代控制理论基础（第3版）/“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材》系统地介绍了状态空间法的基本理论与基本方法，包括系统分析的方法以及为了获得希望的系统瞬态性能和稳态性能的设计方法。除此之外，本书还介绍了系统优控制中基本的理论和方法。
　　《现代控制理论基础（第3版）/“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材》的内容阐述循序渐进，富有启发性；论证与实例配合紧密；注意全书各章节之间内容的衔接，注意与经典控制理论中有关内容的联系，可读性好，便于自学。
　　本书配有免费电子课件，欢迎选用本书作教材的老师登录网站注册下载。
　　本书是在原高等工业学校工业自动化专业教学指导委员会规划的工业自动化专业本科生教材的基础上修订的。可作为自动化、电气工程及其自动化、计算机科学与技术、电子信息工程、测控技术与仪器等专业本科生教材，也可供从事这些领域的工程技术人员参考。

目录

序
第3版前言
第2版前言
第1版前言

绪论
0.1 自动控制与控制理论
0.2 控制理论发展简况
0.3 现代控制理论的基本内容
0.4 本课程的基本任务

第1章 控制系统的数学模型
1.1 状态空间表达式
1.2 由微分方程求状态空间表达式
1.3 传递函数矩阵
1.4 离散系统的数学描述
1.5 线性变换
1.6 组合系统的数学描述
1.7 利用MATLAB进行模型的转换
小结
习题

第2章 线性控制系统的运动分析
2.1 线性定常系统齐次状态方程的解
2.2 状态转移矩阵
2.3 线性定常系统非齐次状态方程的解
2.4 线性时变系统的运动分析
2.5 线性系统的脉冲响应矩阵
2.6 线性连续系统方程的离散化
2.7 线性离散系统的运动分析
2.8 用MATLAB求解系统方程
小结
习题

第3章 控制系统的能控性和能观测性
3.1 引言
3.2 能控性及其判据
3.3 能观测性及其判据
3.4 离散系统的能控性和能观测性
3.5 对偶原理
3.6 能控标准形和能观测标准形
3.7 能控性、能观测性与传递函数的关系
3.8 系统的结构分解
3.9 实现问题
3.1 0MATLAB的应用
小结
习题

第4章 控制系统的稳定性
4.1 引言
4.2 李亚甫诺夫意义下稳定性的定义
4.3 李亚甫诺夫第二法
4.4 线性连续系统的稳定性
4.5 线性定常离散系统的稳定性
4.6 有界输入�灿薪缡涑鑫榷�
4.7 非线性系统的稳定性分析
小结
习题

第5章 线性定常系统的综合
5.1 引言
5.2 状态反馈和输出反馈
5.3 状态反馈系统的极点配置
5.4 输出反馈系统的极点配置
5.5 状态反馈镇定问题
5.6 状态重构和状态观测器
5.7 降阶观测器
5.8 带状态观测器的状态反馈系统
5.9 渐近跟踪与干扰抑制问题
5.1 0解耦问题
5.1 1MATLAB的应用
小结
习题

第6章 最优控制
6.1 引言
6.2 用变分法求解最优控制问题
6.3 极小值原理及其在快速控制中的应用
6.4 用动态规划法求解最优控制问题
6.5 线性状态调节器
6.6 线性伺服机问题
小结
习题
部分习题参考答案
参考文献

前言/序言

《现代控制理论基础（第3版）》—— 探索系统运行的奥秘，驾驭动态世界的艺术 在日新月异的科技浪潮中，对复杂动态系统的理解与精准控制已成为推动工业自动化、航空航天、机器人技术、生物医学工程乃至经济决策等众多领域发展的核心驱动力。 本书《现代控制理论基础（第3版）》以其系统性、前瞻性和深度，为您揭示现代控制理论的精髓，助您掌握驾驭动态世界的强大工具。 本书作为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，凝聚了国内控制理论领域的顶尖智慧，旨在为广大本科生、研究生以及从事相关领域研究与开发的工程技术人员，构建一个扎实而全面的现代控制理论知识体系。 不同于侧重于某一具体应用领域的控制教材，本书更侧重于揭示控制系统内在的普遍性原理与方法，为应对不同领域、不同类型的复杂系统控制问题奠定坚实的理论基础。 内容涵盖，循序渐进，精炼深刻： 本书从最基本的控制概念出发，逐步深入到现代控制理论的核心领域，内容编排逻辑清晰，由浅入深，确保读者能够逐步理解并掌握复杂的概念。 第一部分：系统建模与时域分析 系统与模型： 本部分首先引入了“系统”这一基本概念，阐述了系统在现实世界中的广泛存在，并着重讲解了如何通过建立数学模型来抽象地描述系统的行为。 从经典的物理模型（如电路、机械系统）到更抽象的系统表示，本书将引导您理解模型构建的原则与方法。 动态系统的描述： 深入探讨了描述动态系统状态变化的不同数学工具，包括微分方程、差分方程等，以及它们在模拟连续时间系统和离散时间系统中的作用。 时域响应分析： 重点讲解了如何通过分析系统在不同输入信号（如单位阶跃、单位脉冲、斜坡信号等）作用下的输出响应，来评估系统的性能。 这包括对瞬态响应（如超调、调节时间、上升时间）和稳态响应的分析，使您能够直观地理解系统的动态特性，如稳定性、响应速度等。 稳定性判据： 详尽阐述了系统稳定性的概念及其重要性。 介绍了几种经典的稳定性判据，如劳斯判据，使您能够不通过求解系统的动态方程，仅凭系统参数就判断系统的稳定性。 第二部分：频域分析与校正 拉普拉斯变换与传递函数： 引入强大的数学工具——拉普拉斯变换，它能够将复杂的微分方程转化为代数方程，极大地简化了系统分析。 详细讲解了传递函数的概念及其在描述系统输入输出关系中的核心作用，并探讨了零点、极点与系统响应的关系。 频率响应分析： 引入了描述系统在不同频率输入下的响应特性的概念，包括幅频特性和相频特性。 通过伯德图、尼奎斯图等图形化工具，使您能够直观地理解系统的频率特性，并分析系统在高频和低频下的行为。 稳定性与根轨迹： 深入探讨了根轨迹的概念，即系统闭环极点随增益变化的轨迹。 根轨迹法是分析和设计反馈控制系统的重要手段，它能直观地展示增益变化对系统稳定性和动态响应的影响。 系统校正： 针对实际系统中存在的性能不足，本书系统地介绍了各种控制器的设计方法。 从最基本的比例（P）、比例-积分（PI）、比例-积分-微分（PID）控制器，到更先进的前馈、反馈校正网络，您将学习如何通过引入控制器来改善系统的稳定性、减小稳态误差、提高瞬态响应速度。 第三部分：状态空间方法 状态空间描述： 引入了现代控制理论的基石——状态空间方法。 这种方法能够更全面、更灵活地描述复杂系统，尤其适用于多输入多输出（MIMO）系统。 详细讲解了如何将系统转化为标准的状态空间方程（矩阵形式）。 可控性与可观测性： 深入研究了系统两个核心的内在属性：可控性（是否能够通过控制输入使系统达到任意期望状态）和可观测性（是否能够通过测量输出来推断系统的内部状态）。 这两个概念是设计高性能控制器和观测器的前提。 状态反馈与状态估计： 探讨了如何利用状态反馈来实现系统的极点配置，从而达到期望的性能指标。 同时，本书也介绍了状态估计算法，如卡尔曼滤波器，当系统的内部状态无法直接测量时，如何通过观测输出来估计系统状态。 第四部分：离散时间系统与数字控制 Z变换： 引入了Z变换，这是分析和设计离散时间系统的核心数学工具，它类似于拉普拉斯变换在连续时间系统中的作用。 离散时间系统的时域与频域分析： 运用Z变换的原理，对离散时间系统的时域响应和频率响应进行分析，并介绍了离散时间系统的稳定性判据。 数字控制器设计： 针对日益普及的数字控制系统，本书介绍了如何设计离散时间的控制器，以及如何实现控制器。 本书特色与价值： 理论与实践相结合： 本书在阐述理论概念的同时，注重结合实际工程问题，通过丰富的例题和习题，帮助读者将理论知识转化为解决实际问题的能力。 数学工具的严谨与实用： 本书对所使用的数学工具（如拉普拉斯变换、Z变换、线性代数等）进行了清晰的讲解，确保读者能够扎实掌握，并将其灵活应用于系统分析与设计。 面向未来的控制理念： 渗透了现代控制理论中一些前沿的思想，为读者进一步学习更高级的控制理论（如鲁棒控制、自适应控制、智能控制等）打下坚实基础。 教材权威性： 作为“十二五”国家级规划教材，本书的学术水平和教学质量得到了广泛认可，是高校教学的可靠选择。 谁适合阅读此书？ 自动化、电气工程、机械工程、航空航天工程、机器人工程、生物医学工程 等相关专业的本科生和研究生。 从事系统设计、过程控制、自动化系统开发、机器人研发 等工作的工程师。 对控制工程、动态系统分析、系统建模与仿真 感兴趣的研究人员。 《现代控制理论基础（第3版）》将为您打开一扇通往精准控制与智能决策的大门，让您能够深刻理解并有力地影响您所处的动态世界。 掌握这些核心知识，您将能更好地驾驭复杂系统，优化系统性能，并在科技创新的道路上不断前进。

评分☆☆☆☆☆

《现代控制理论基础（第3版）》这本书的确是一本值得反复阅读的经典教材。我是一名对机器人控制领域充满热情的爱好者，这本书为我提供了坚实的理论基础。它从系统建模和状态空间表示开始，循序渐进地介绍了线性系统、非线性系统以及离散时间系统的分析和设计方法。我尤其对书中关于稳定性分析的讲解印象深刻，特别是李雅普诺夫稳定性理论，它提供了一种强大的工具来分析系统的稳定性，这对于设计安全可靠的控制系统至关重要。书中关于鲁棒控制和自适应控制的章节，更是让我看到了如何应对现实世界中存在的各种不确定性和变化。我曾经在调试一个复杂机器人系统的过程中，遇到了传感器信号不准确和执行器性能不稳定的问题，当时感到非常棘手。现在回想起来，如果当时能够更深入地理解和应用书中关于鲁棒控制和自适应控制的原理，也许能够更有效地解决这些问题。这本书的优点在于，它不仅仅局限于理论知识的传授，更注重引导读者去思考如何将这些理论应用于解决实际的工程问题。书中提供的丰富案例和习题，都极具启发性，能够帮助读者在实践中加深对知识的理解。

评分☆☆☆☆☆

我最近正在仔细研读《现代控制理论基础（第3版）》，这本书的内容对我来说，既熟悉又充满了新知。我之前对一些基础的控制理论有所了解，比如PID控制，但一直觉得不够深入。这本书以现代控制理论为视角，为我打开了全新的视野。书中关于状态空间法的讲解，让我看到了描述和分析复杂动态系统的新途径。我特别喜欢书中关于系统分解和模态分析的部分，这让我能够从更宏观的角度去理解系统的行为。在学习最优控制理论时，我被它所能达到的性能极限所震撼，也深刻理解了如何在满足约束条件下实现最优性能。书中对庞特里亚金最小值原理的讲解，以及对动态规划法的应用，都为我提供了解决复杂优化问题的有力工具。我曾经在一个自动化项目的设计阶段，就遇到了如何最优分配资源的问题，如果当时能充分理解和应用书中介绍的这些方法，也许能取得更好的效果。这本书的优点在于，它不仅仅是知识的堆砌，更是一种思维方式的引导。它鼓励读者去探索系统的本质，去理解控制背后的数学原理，去思考如何设计出更智能、更高效的控制系统。

评分☆☆☆☆☆

《现代控制理论基础（第3版）》这本书的编写质量非常高，我从这本书中获益良多。我之前在学习一些基础的自动控制原理时，觉得内容相对比较陈旧，很多地方不够系统。这本书从现代控制理论的角度出发，全面系统地介绍了包括状态空间方法、最优控制、鲁棒控制等在内的现代控制理论的核心内容。我非常喜欢书中关于系统辨识的内容，它让我们能够从实际的测量数据中构建系统的数学模型，这对于实际的工程应用来说是必不可少的。书中关于模型参考自适应控制的讲解，让我对如何设计能够自动调整自身参数以适应环境变化的控制器有了初步的认识。我曾经在一个项目中使用过一些自适应控制的算法，当时觉得非常神奇，现在通过阅读这本书，才对其中的原理有了更深入的理解。这本书的优点在于，它不仅讲解了理论，还提供了很多实际工程的案例，这让我能够更好地将理论知识与实际应用联系起来。例如，书中在讲解数字控制时，就提到了在工业自动化中的广泛应用，这让我对这本书的实用性有了更深的认识。

评分☆☆☆☆☆

说实话，《现代控制理论基础（第3版）》这本书真的给我带来了很多惊喜。我之前学习的控制理论知识比较零散，很多概念都停留在比较浅显的层面。这本书的出现，就像是给我搭建了一个完整的知识体系框架。从系统辨识开始，它就引导我们如何从实际数据中提取系统的数学模型，这对于工程实践来说至关重要。我特别欣赏书中关于离散时间系统控制的部分，因为现在很多实际应用都离不开数字控制器。书中对Z变换、脉冲响应等概念的讲解非常透彻，并且将它们与连续时间系统的概念进行了很好的类比，让我能够举一反三。在学习状态反馈控制律的设计时，我尝试着将书中讲到的极点配置方法应用于一个我正在开发的机器人关节控制算法中，虽然还处于实验阶段，但已经看到了显著的效果。这本书的优点在于，它不仅仅停留在理论层面，而是非常注重实际工程中的应用。书中列举的许多案例，比如伺服系统、机器人控制、航空航天等领域的应用，都让我对控制理论的强大功能有了更深刻的认识。而且，这本书的配套资源也很丰富，我听说还有一些习题解答或者在线课程，这对于自学者来说，无疑是极大的便利。

评分☆☆☆☆☆

这本书《现代控制理论基础（第3版）》可以说是我在学习控制理论道路上的一盏明灯。我之前一直觉得控制理论是个非常抽象和数学化的学科，但这本书用一种非常引人入胜的方式，将复杂的理论变得更加易于理解。我特别喜欢书中关于非线性系统分析的部分，比如相平面法和极限环分析，这让我对非线性系统的复杂行为有了初步的认识。虽然有些非线性系统的分析方法对数学的要求比较高，但作者在讲解时，总是会先给出直观的解释，然后再进行严谨的数学推导，这大大降低了学习的门槛。我印象最深的是书中关于李雅普诺夫第二方法的讲解，它提供了一种不需要知道具体控制律就能判断系统稳定性的方法，这在很多复杂系统分析中都非常有价值。这本书的优点在于，它不仅仅局限于讲解理论，更注重引导读者去思考如何将这些理论应用到实际问题中。书中穿插的很多思考题和讨论题，都非常有启发性，能够帮助读者加深对知识的理解。我经常在思考完这些问题后，会去翻阅相关的文献，进一步拓展自己的知识面。这本书让我认识到，控制理论并不仅仅是工程技术，它还蕴含着深刻的数学思想和哲学智慧。

评分☆☆☆☆☆

这本书《现代控制理论基础（第3版）》真是我的“救星”。我一直对控制理论很感兴趣，但总觉得市面上的一些教材要么太过于理论化，要么过于工程化，很难找到一本既能系统讲解理论，又能贴近实际应用的。这本书正好填补了我的这个需求。它从最基本的系统模型描述开始，逐步深入到状态空间分析、稳定性理论、可控可观性等核心概念。我特别欣赏书中关于系统辨识的章节，它详细介绍了多种辨识方法，包括模型结构的选择和参数估计，这对于我理解如何从实验数据构建系统模型非常有帮助。而且，书中关于鲁棒控制的讲解，让我认识到在系统不确定性存在的情况下，如何设计出性能依然良好的控制器，这在实际工程中具有非常重要的意义。我曾经尝试着将书中关于模型预测控制（MPC）的原理应用于一个模拟仿真系统中，虽然只是初步尝试，但已经看到了其在优化控制和约束处理方面的巨大潜力。这本书的优点在于，它不仅提供了理论知识，更引导读者去思考如何将这些理论应用于解决实际的工程问题。书中大量的例题和习题，都非常有代表性，能够帮助读者巩固所学知识。

评分☆☆☆☆☆

说实话，当初选择这本书，很大程度上是被“‘十二五’普通高等教育本科国家级规划教材”这个名头所吸引。在我看来，国家级规划教材意味着其内容的权威性和系统性，能够代表我国高等教育在某一学科领域的较高水平。拿到书后，这种预期并没有让我失望。整本书从第一章的“绪论”开始，就为读者勾勒出了现代控制理论的宏伟蓝图，它不仅仅是传统PID控制的延续，更是一种全新的、更强大的系统分析和设计思想。书中对线性系统、非线性系统、离散时间系统等都有深入的探讨，特别是状态空间法的引入，彻底颠覆了我之前对控制系统“输入-输出”的单一理解，让我认识到系统内部状态的重要性。在学习卡尔曼滤波的那部分时，我反复看了好几遍，虽然数学推导有些复杂，但书中给出的直观解释和物理意义的阐述，让我逐渐理解了它在状态估计中的核心作用。我曾经在一个自动化项目组实习，当时就遇到了传感器噪声大的问题，如果当时有这本书，也许我们就能更有效地解决这个问题了。这本书的优点在于，它不仅讲授理论，更注重理论的实际应用。书中穿插的很多例题，都是来自于实际的工程问题，比如飞行器的姿态控制、工业生产线的自动化等等，这些都极大地增强了我学习的动力，让我看到控制理论在现实世界中的巨大价值。而且，该版本在参考文献的引用上也做得相当到位，对于想要深入研究某个特定方向的读者，能够提供很好的指引。

评分☆☆☆☆☆

这本书《现代控制理论基础（第3版）》给我带来的最大感受就是“严谨”和“系统”。我之前学习控制理论时，感觉知识点比较分散，缺乏一个整体性的认识。这本书从“绪论”开始，就为我勾勒出了现代控制理论的宏大框架，让我能够系统地理解各个知识点之间的联系。我特别欣赏书中关于状态空间方法的讲解，它用一种全新的视角来描述动态系统，并且能够处理多输入多输出的复杂系统，这对于我理解更高级的控制理论至关重要。书中关于卡尔曼滤波的详细推导和应用，让我深刻理解了如何在存在噪声的情况下，对系统的状态进行最优估计，这在许多实际工程领域都有着广泛的应用。我曾经在一个数据采集项目中，就遇到了如何从带有噪声的数据中提取有效信息的问题，如果当时能熟练掌握卡尔曼滤波，也许就能更高效地解决这个问题。这本书的优点在于，它不仅讲解了理论，还注重理论与实践的结合，通过大量的例题和习题，引导读者去思考如何将这些理论应用于解决实际的工程问题，让我真正体会到了学以致用的乐趣。

评分☆☆☆☆☆

最近正在啃《现代控制理论基础（第3版）》，这本书的深度和广度确实超出了我的想象。我之前接触的控制理论主要是模拟电路方面的，对于数字控制和状态空间表示的概念相对陌生。这本书的内容从零开始，非常扎实地介绍了如何用矩阵和向量来描述一个复杂的控制系统，并且深入浅出地讲解了能控性、可观性等核心概念。我尤其喜欢书中关于稳定性分析的部分，不仅涵盖了传统的Routh判据和奈奎斯特判据，还详细介绍了李雅普诺夫稳定性理论，这对理解系统的鲁棒性至关重要。虽然有些数学推导让我花了大量时间去消化，但每次理解一个难点，都有一种豁然开朗的感觉。这本书给我的最大启发是，控制理论不仅仅是关于如何让系统按照我们期望的方式运行，更重要的是理解系统自身的特性，并且在这种理解的基础上进行设计。例如，在讲解最优控制时，书中通过庞特里亚金最小值原理和动态规划，展示了如何设计出在特定性能指标下最优的控制策略。这让我联想到在能源消耗和效率方面，我们应该如何设计更优的控制系统，而不是仅仅追求响应速度。这本书的语言风格严谨但不失生动，很多地方用到了类比或者形象的比喻，帮助理解抽象的概念。例如，在讲解反馈控制时，作者将它比作“自我纠错机制”，让我一下子就明白了它的本质。

评分☆☆☆☆☆

这本《现代控制理论基础（第3版）》真的是让我爱不释手，虽然我并非科班出身，只是对自动化领域一直抱有浓厚兴趣，偶然间在书店翻到这本书，就被其厚重感和严谨的逻辑所吸引。拿到手中，翻阅前几章，虽然有些概念我初次接触，但作者循序渐进的讲解方式，从最基础的系统模型建立，到状态空间描述，再到各种经典控制方法，都解释得十分到位。尤其是在讲解PID控制的部分，书中通过大量具体的工程实例，比如温度控制、位置控制等，将抽象的理论具象化，让我不再觉得枯燥。我甚至尝试着在自己搭建的小型控制实验平台上应用书中提到的参数整定方法，虽然初次尝试并不完美，但那种从理论到实践的连接感，真的让我体会到了学习的乐趣。而且，这本书的排版设计也很用心，图文并茂，公式推导清晰，关键的定理和结论都用加粗的字体或者单独的框来强调，这对于我这种自学的人来说，简直是福音，能够快速抓住重点。我还会时不时地翻阅后面的章节，虽然有些内容我还未能完全理解，但那种知识的海洋正在徐徐展开的感觉，让我充满了期待。这本书不仅仅是一本教材，更像是一位耐心细致的老师，一步步引导我走向控制理论的殿堂。我甚至开始考虑，未来是否可以进一步深入学习，比如模糊控制、神经网络控制等更高级的领域，而这本书无疑为我打下了坚实的基础，让我有信心去探索更广阔的天地。

评分☆☆☆☆☆

东西很好，很经典的教材

评分☆☆☆☆☆

内容感觉还是蛮详细的，很不错。

评分☆☆☆☆☆

很不错哦，还╮(￣▽￣)╭以

评分☆☆☆☆☆

字迹清晰！这对我来基础太重要了。

评分☆☆☆☆☆

一直在京东购物，物流给力，正品有保障！

评分☆☆☆☆☆

书的质量很好。

评分☆☆☆☆☆

内容不错，老师上课讲的和上面的差不多

评分☆☆☆☆☆

内容感觉还是蛮详细的，很不错。

评分☆☆☆☆☆

通俗易懂、深入浅出、同学们都很喜欢