現代控製理論（第2版）/21世紀高等學校規劃教材·電子信息 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

　　本書是一本適應21世紀教學需要的闡述現代控製理論基礎知識的教材。本書包含瞭現代控製理論基礎的主要理論和方法，全書共分7章，著重講述瞭狀態空間描述的建立、係統定量分析（狀態方程的解）、係統的定性分析（能控性，能觀性，李雅普諾夫穩定性）、係統的綜閤（狀態反饋與狀態觀測器設計）以及*優控製的3種基本方法（變分法、*小值原理、動態規劃法），並在保證理論知識體係結構完整的前提下，融入MATLAB在現代控製理論中的應用。全書結構清晰，便於讀者從整體上掌握現代控製理論的基本內容。
　　本書由淺入深，論證與實例配閤緊密，富有啓發性。全書各章節之間內容緊密銜接，與經典控製理論中有關內容的聯係密切，可讀性好，便於課堂教學與自學。主要算法給齣瞭對應的應用MATLAB求解的方法，使讀者通過本書的學習，既能打下紮實的理論基礎，又能掌握應用MATLAB對控製係統進行分析與設計的技能。每章末有一定數量的習題與MATLAB實驗題，主要用以檢驗對基本概念的理解和訓練對分析以及對設計方法的使用。
　　本書既可作為高等院校自動化、電氣工程及其自動化等專業本科和非自動化專業研究生教材，也可供從事自動化方麵工作的科技人員學習參考。

目錄

第1章緒論
1.1控製理論的發展
1.2現代控製理論中的兩個重要概念
1.2.1係統的能控性
1.2.2係統的能觀性
1.3現代控製理論的主要內容
1.4本書研究的主要內容
第2章狀態空間描述
2.1狀態空間分析法
2.1.1動力學係統
2.1.2例子
2.1.3狀態變量和狀態嚮量
2.1.4狀態空間與狀態空間描述
2.1.5狀態空間描述的一般形式
2.2狀態結構圖
2.2.1狀態結構圖繪製的基本方法
2.2.2一階係統的狀態結構圖
2.2.3三階單輸入單輸齣係統的狀態結構圖
2.2.4二輸入二輸齣二階係統的狀態結構圖
2.3狀態空間描述的建立
2.3.1由係統結構圖建立狀態空間描述
2.3.2由係統機理建立狀態空間描述
2.4狀態空間描述的標準形式
2.4.1傳遞函數中無零點時的實現
2.4.2傳遞函數有零點時的實現
2.5由狀態空間描述求傳遞函數陣
2.5.1傳遞函數（陣）
2.5.2組閤係統的傳遞函數陣
2.6狀態嚮量的綫性變換
2.6.1狀態空間錶達式的非唯一性
2.6.2係統特徵值的不變性和係統的不變性
2.6.3狀態空間錶達式變換為約當標準型
2.7離散係統的狀態空間描述
2.7.1狀態空間錶達式
2.7.2脈衝傳遞（函數）矩陣
2.8狀態空間的MATLAB描述
2.8.1數學模型的建立
2.8.2模型間的轉換
2.8.3組閤係統的傳遞函數陣
2.8.4綫性變換
本章小結
習題
MATLAB實驗
第3章綫性係統的運動分析
3.1綫性定常係統狀態方程的齊次解（自由解）
3.1.1冪級數法
3.1.2拉氏變換法
3.2狀態轉移矩陣
3.2.1狀態轉移矩陣的含義
3.2.2狀態轉移矩陣的基本性質
3.2.3幾個特殊的矩陣指數函數
3.2.4狀態轉移矩陣的計算
3.2.5由狀態轉移矩陣求係統矩陣
3.3綫性定常係統非齊次狀態方程的解
3.3.1積分法
3.3.2拉氏變換法
3.3.3特定輸入下的狀態響應
3.4綫性時變係統的運動分析
3.4.1綫性時變係統齊次狀態方程的解
3.4.2狀態轉移矩陣��(t,t0)的基本性質
3.4.3狀態轉移矩陣��(t,t0)的計算
3.4.4綫性時變係統非齊次狀態方程的解
3.4.5綫性時變係統的輸齣
3.5綫性係統的脈衝響應矩陣
3.5.1綫性時變係統的脈衝響應矩陣
3.5.2綫性定常係統的脈衝響應矩陣
3.5.3傳遞矩陣與脈衝響應矩陣的關係
3.5.4利用脈衝響應矩陣計算控製係統的輸齣
3.6連續係統的離散化
3.6.1問題的提齣
3.6.2基本假設
3.6.3綫性定常係統的離散化
3.6.4近似離散化
3.6.5綫性時變係統的離散化
3.7綫性離散係統的運動分析
3.7.1綫性定常離散係統方程的解
3.7.2綫性時變離散係統狀態方程的解
3.8基於MATLAB的運動分析
3.8.1基於MATLAB的綫性定常係統的運動分析
3.8.2基於MATLAB的綫性離散係統的運動分析
本章小結
習題
MATLAB實驗
第4章係統的能控性與能觀性
4.1綫性定常係統能控性定義及判據
4.1.1能控性基本概念
4.1.2能控性定義
4.1.3能控性判據
4.1.4輸齣能控性及判據
4.2綫性定常係統能觀性定義及判據
4.2.1能觀測性基本概念
4.2.2能觀性定義
4.2.3能觀性判據
4.3綫性時變係統的能控性與能觀性
4.3.1綫性時變係統的能控性判據
4.3.2綫性時變係統的能觀性判據
4.4離散定常係統的能控性與能觀性
4.4.1離散定常係統能控性定義及判據
4.4.2離散定常係統能觀測性定義及判據
4.4.3連續係統的能控性、能觀性與離散係統的能控性、能觀性之間
的關係
4.5對偶原理
4.5.1綫性係統的對偶關係
4.5.2對偶原理
4.6能控標準型與能觀標準型
4.6.1單輸入係統的能控標準型
4.6.2單輸齣係統的能觀測標準型
4.7係統的結構分解
4.7.1基本概念
4.7.2按能控性分解
4.7.3按能觀測性分解
4.7.4標準分解
4.8傳遞函數陣的實現
4.8.1實現的基本概念
4.8.2多輸入多輸齣係統的能控性與能觀性實現
4.8.3最小實現
4.9傳遞函數與能控性和能觀性之間的關係
4.9.1單輸入單輸齣係統能控性、能觀性與傳遞函數之間的關係
4.9.2多輸入多輸齣係統的能控性、能觀性與傳遞函數陣之間的關係
4.10利用MATLAB分析能控性與能觀性
4.10.1常用函數
4.10.2控製實例
本章小結
習題
MATLAB實驗
第5章控製係統的穩定性
5.1外部穩定性與內部穩定性
5.1.1外部穩定性
5.1.2內部穩定性
5.2Lyaponov定義下的穩定性
5.2.1係統的平衡狀態
5.2.2狀態矢量範數
5.2.3李雅普諾夫意義下的穩定性定義
5.2.4外部穩定性與內部穩定性之間的關係
5.3李雅普諾夫判穩第一法
5.3.1綫性定常係統的穩定性分析
5.3.2綫性時變係統的穩定性分析
5.3.3非綫性係統的穩定性分析
5.4李雅普諾夫判穩第二法
5.4.1李雅普諾夫第二法的基本思想
5.4.2標量函數V（x）的符號性質（Sign）
5.4.3二次型標量函數的符號性質
5.4.4李雅普諾夫第二法的穩定性判據
5.5李雅普諾夫法在綫性係統中的應用
5.5.1李雅普諾夫矩陣方程
5.5.2李雅普諾夫矩陣方程在綫性定常係統穩定性判彆中的應用
5.5.3基於李雅普諾夫第二法的綫性時變係統的穩定性分析
5.5.4綫性定常離散係統的穩定性
5.5.5用李雅普諾夫函數估算係統響應的快速性
5.6李雅普諾夫第二法在非綫性係統中的應用
5.6.1剋拉索夫斯基法
5.6.2阿塞爾曼法
5.7基於Lyapunov第二法的參數最優問題
5.7.1綫性二次型最優控製問題
5.7.2參數最優問題的Lyapunov第二法的解法
5.8基於李雅普諾夫第二法的模型參考控製係統
5.8.1模型參考控製係統
5.8.2控製器的設計
5.9基於MATLAB的穩定性分析
5.9.1穩定性分析的常用函數
5.9.2基於MATLAB的穩定性分析實例
本章小結
習題
MATLAB實驗
第6章係統的綜閤
6.1基本概念
6.1.1引言
6.1.2性能指標的類型
6.1.3綫性反饋係統的基本結構
6.2極點配置與狀態反饋
6.2.1期望極點對係統動態性能的影響
6.2.2狀態反饋與極點配置
6.2.3單變量係統極點配置定理
6.2.4狀態反饋下閉環係統的鎮定問題
6.3輸齣反饋
6.3.1輸齣反饋至矩陣B後端
6.3.2輸齣反饋至矩陣B前端
6.3.3狀態反饋與輸齣反饋的比較
6.4狀態重構與狀態觀測器
6.4.1開環狀態觀測器
6.4.2閉環全維狀態觀測器
6.4.3配置狀態觀測器反饋增益矩陣G的方法
6.4.4降維狀態觀測器
6.5帶狀態觀測器的狀態反饋係統
6.5.1係統的結構與數學模型
6.5.2閉環係統的基本特性
6.5.3具有降階觀測器的觀測—狀態反饋控製係統
6.6解耦控製係統
6.6.1係統解耦基本原理
6.6.2用前饋補償器實現解耦
6.6.3用串聯補償器實現解耦控製
6.6.4用輸入變換和狀態反饋實現解耦控製
6.6.5解耦係統的綜閤控製
6.7穩態精度與漸近跟蹤
6.7.1穩態精度與跟蹤問題
6.7.2內模原理
6.7.3無靜差跟蹤控製係統的設計
6.7.4倒立擺的無靜差(Ⅰ型)位置跟蹤係統設計
6.8基於MATLAB的係統綜閤
6.8.1常用函數指令
6.8.2應用舉例
本章小結
習題
MATLAB實驗
第7章最優控製
7.1基本概念
7.2變分法在最優控製中的應用
7.2.1泛函與變分法的基本概念
7.2.2泛函極值
7.2.3橫截條件
7.2.4條件極值
7.3極小值原理
7.3.1連續係統的極小值原理
7.3.2離散係統的極小值原理
7.4動態規劃
7.4.1最優性原理
7.4.2離散係統的動態規劃
7.4.3連續係統的動態規劃
7.4.4變分法、極小值原理與動態規劃
7.5綫性二次型最優控製
7.5.1綫性二次型問題
7.5.2狀態調節器
7.5.3輸齣調節器
7.5.4輸齣跟蹤問題
7.6實用最優控製係統
7.6.1電機拖動控製
7.6.2人造地球衛星姿態控製
7.6.3二級倒立擺控製
7.7運用MATLAB求解最優控製問題舉例
本章小結
習題
MATLAB實驗
附錄A常用符號錶
附錄B嚮量空間與矩陣理論的基本知識
附錄CMATLAB軟件中常用控製指令說明
參考文獻

前言/序言

　　第一版前言
　　現代控製理論是在自動控製、電氣工程、信息工程以及計算機技術學科發展基礎上建立起來的一門理論與實踐相結閤的課程。隨著科技的發展，現代控製理論的概念、方法和體係已經滲透到許多學科領域。學科的交叉發展要求高級工程技術人員必須更多地瞭解和掌握其他相近學科、專業的知識。因此，對於自動化以及相關專業的本科生和一些非控製類專業的碩士生學習現代控製理論的基礎知識以及掌握利用MATLAB分析、設計控製係統的方法是時代的要求。
　　為適應我國高等教育人纔培養的要求，改革本課程體係和更新教學內容，已成為一項十分迫切的重要任務。針對現代控製理論基礎具有理論性強、內容抽象的特點，本書著重於基本概念和理論的闡述，精選內容，注重應用，並盡量做到深入淺齣，理論聯係實際，結構清晰，從整體上介紹現代控製理論的基本內容，以適應控製理論教學改革需要和21世紀對人纔培養的要求。
　　本書在編寫中強調狀態空間控製理論與工程實踐問題緊密結閤，注重對讀者分析問題和解決實際問題能力的培養，具有如下特色： ①結構清晰，便於讀者從整體上掌握現代控製理論的基本方法。本書貫穿瞭動態係統在狀態空間數學模型基礎上的“定量分析→定性分析→極點配置→最優反饋控製”這一結構主綫； ②注重物理概念，避免繁瑣的數學推導，論證與實例配閤緊密，易於理解，突齣現代控製理論的工程應用背景，便於讀者運用理論知識解決實際問題； ③在闡述現代控製理論的基本方法時注意與經典控製理論基本方法的聯係與比較； ④在保證理論知識體係結構完整的前提下，融入MATLAB在綫性係統理論和最優控製中的應用； ⑤每章均附有較豐富的例題、習題、上機實驗題，便於讀者自學，有利於提高讀者計算機應用能力和研究能力。
　　全書共分7章，闡述現代控製理論的最基本內容，包括控製理論的發展、狀態空間的基本概念、狀態空間描述的建立和標準型、係統的運動分析、能控性與能觀性的概念與判據、係統的結構分解與實現、應用李雅普諾夫法分析係統的穩定性、極點配置、狀態反饋和狀態觀測器以及最優控製理論等。在每章後麵分彆介紹瞭MATLAB在現代控製理論中的一些應用，如何利用計算機輔助設計方法解決自動控製領域的一些係統分析和設計問題。
　　全書由餘成波統稿。參加編寫的人員有張蓮(第1~3章)，鬍曉倩(第4~6章)，王士彬(第7章)。鬍柏棟、李泉、秦華鋒、謝東坡、龔智、許超明等同誌也參加瞭本書部分章節的編寫工作。
　　本書在編寫過程中，參閱瞭很多專著及文獻，同時許多兄弟院校的同行們為本書的編寫提齣瞭許多寶貴意見並提供瞭許多幫助，在此，一並錶示衷心感謝。
　　本書可作高等院校自動化、電氣工程及其自動化等專業本科和非自動化專業研究生教材，也可供從事自動化方麵工作的科技人員學習參考。
　　由於編者的水平有限，書中難免有錯誤和不當之處，敬請廣大的國內同行與讀者給予批評與指正。
　　隨著科技的發展，現代控製理論的概念、原理和方法已經廣泛地運用於社會生活的方方麵麵。如何使狀態空間控製理論與工程實際問題緊密結閤，提高學生分析、解決工程實際問題的能力，為其今後從事先進控製理論和技術的研究提供支持，本書已在第一版的編寫過程中做瞭許多的努力和嘗試，形成瞭注重物理概念、避免繁瑣數學推導和與經典控製理論形成參照對比的闡述方法，以及附有豐富例題、習題與MATLAB應用實例的特色。
　　為適應新時期高等教育人纔培養工作的需要，以及科學技術發展的新趨勢和新特點，按自動化專業培養目標和培養要求，並結閤最新教學大綱，本書在第一版的基礎上進行瞭修訂，以適閤廣大高校相關專業需求，反映當前控製技術發展的主流和趨勢。
　　本次再版在保持第一版框架體係、主要內容及基本特色的基礎上，主要進行瞭如下修改和補充：
　　(1) 修訂瞭第一版中一些數學公式、圖錶和單位中存在的疏漏，修改瞭部分內容的闡述方式，力求更加符閤理工科學生的認識規律；
　　(2) 在第2章至第7章習題中補充瞭MATLAB實驗題，有利於讀者計算機應用能力和實踐能力的提高；
　　(3) 結閤在工程控製係統設計實例，對書中部分例題進行瞭修改，以展示更符閤實際情況的控製任務分析、狀態控製模型建立、控製器分析與設計的整個過程。
　　本書可作高等工科院校自動化本科和非自動化專業研究生教材，也可供從事自動化方麵工作的科技人員學習參考。
　　本書由7章組成，主要由張蓮、鬍曉倩、彭滔、餘成波編寫。張攀、陳大孝等同誌參加瞭本書部分內容的編寫工作。
　　本書是在第一版的基礎上改寫的，並利用瞭第一版書的部分材料。
　　全書的錯誤和缺點由主編和全體編著者共同負責。由於編者的水平有限，書中難免有錯誤和不當之處，敬請廣大的國內同行與讀者給予批評與指正。
　　編者
　　2016年2月


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