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第1章　绪论1

1.1　控制理论发展历史简介1

1.2　现代控制理论的基本内容3

1.3　现代控制理论与经典控制理论的对比4

1.4　本书的内容和特点5

第2章　控制系统的状态空间描述7

2.1 引言7

2.2　状态空间模型8

2.2.1　状态空间的基本概念8

2.2.2　系统的状态空间表达式的一般形式10

2.2.3　状态空间模型的图示15

2.3　状态空间表达式的建立17

2.3.1 由系统的机理建立状态空间表达式17

2.3.2　由系统微分方程建立状态空间表达式21

2.3.3 由传递函数建立状态空间表达式29

2.4　系统状态方程的线性变换37

2.4.1　系统状态的线性变换37

2.4.2　将状态方程变换为对角线标准型39

2.4.3　将状态方程变换为约当标准型42

2.4.4　线性变换的基本性质44

2.5 由状态空间表达式求传递函数（阵）45

2.5.1　传递函数（阵）45

2.5.2　组合系统的传递函数矩阵48

2.6　离散时间系统的状态空间表达式50

2.7　利用MATAB进行系统数学模型的转换54

2.7.1　系统的模型54

2.7.2　系统模型的转换54

小结58

思考题与习题58

第3章　线性控制系统的动态分析60

3.1 引言60

3.2　线性定常系统状态方程的求解61

3.2.1 线性定常系统齐次状态方程的解61

3.2.2　状态转移矩阵的性质及其计算方法63

3.2.3　线性定常系统非齐次状态方程的解78

3.3　线性时变连续系统状态方程的求解80

3.3.1 线性时变连续系统齐次状态方程的解80

3.3.2　线性时变连续系统的状态转移矩阵81

3.3.3　线性时变连续系统非齐次状态方程的解84

3.4　线性离散时间系统状态方程的求解87

3.4.1　线性连续系统状态方程的离散化88

3.4.2　线性离散系统状态方程的解92

3.5　MATLAB在线性控制系统动态分析中的应用97

3.5.1　矩阵指数函数的计算97

3.5.2　基于状态空间模型的线性定常系统时域响应分析100

3.5.3　连续系统的离散化102

小结103

思考题与习题104

第4章　线性系统的能控性和能观测性106

4.1　引言106

4.2　线性连续系统的能控性107

4.2.1　能控性的直观讨论107

4.2.2　状态能控性的定义109

4.2.3　线性定常连续系统的状态能控性判别110

4.2.4　线性定常连续系统的输出能控性118

4.2.5　线性时变连续系统的状态能控性119

4.3　线性连续系统的能观测性122

4.3.1　能观测性的直观讨论122

4.3.2　状态能观测性的定义124

4.3.3　线性定常连续系统的状态能观测性判据126

4.3.4　线性时变连续系统的状态能观测性133

4.4　线性定常离散系统的能控性和能观测性134

4.4.1 线性定常离散系统的状态能控性与能达性135

4.4.2　线性定常离散系统的能观测性139

4.4.3　离散化线性定常系统的状态能控性和能观测性141

4.5　能控标准型和能观测标准型142

4.5.1　能控标准型143

4.5.2　能观测标准型146

4.6　系统能控性和能观测性的对偶原理149

4.7　线性系统的结构性分解151

4.7.1　能控性分解151

4.7.2　能观测性分解155

4.7.3　能控能观测分解158

4.8　能控性和能观测性与传递函数（阵）的关系162

4.8.1　单输入单输出系统162

4.8.2　多输入多输出系统163

4.9　系统的实现问题164

4.9.1　定义和基本特性164

4.9.2　能控标准实现和能观测标准实现165

4.9.3　最小实现168

4.10　MATLAB在能控性和能观测性分析中的应用171

4.10.1 系统能控性、能观测性分析的MATLAB函数171

4.10.2　用MATLAB进行系统能控性和能观测性分析举例172

小结174

思考题与习题175

第5章　控制系统的稳定性分析178

5.1 引言178

5.2　李亚普诺夫稳定性的基本概念179

5.2.1　平衡状态180

5.2.2　范数和球域181

5.2.3　李亚普诺夫稳定性定义181

5.3　李亚普诺夫稳定性定理183

5.3.1　李亚普诺夫第一法183

5.3.2　预备知识184

5.3.3　李亚普诺夫第二法187

5.4　线性系统李亚普诺夫稳定性分析192

5.4.1 线性定常连续系统的稳定性分析192

5.4.2　线性时变连续系统的稳定性分析196

5.4.3　线性离散系统的稳定性分析197

5.5　非线性系统李亚普诺夫稳定性分析200

5.5.1　克拉索夫斯基法201

5.5.2　变量梯度法202

5.5.3　阿依捷尔曼法205

5.6　MATLAB在系统稳定性分析中的应用208

5.6.1 线性定常连续系统的李亚普诺夫稳定性208

5.6.2　线性定常离散系统的李亚普诺夫稳定性209

小结210

思考题与习题210

第6章　线性系统的综合212

6.1 引言212

6.1.1　问题的提出212

6.1.2　性能指标的类型213

6.1.3　研究综合问题的主要内容213

6.1.4　工程实现中的一些理论问题213

6.2　状态反馈与输出反馈214

6.2.1　状态反馈214

6.2.2　输出反馈215

6.2.3　反馈控制对能控性与能观测性的影响216

6.3　极点配置218

6.3.1　状态反馈极点配置定理219

6.3.2　系统状态反馈极点配置的算法222

6.3.3　输出反馈极点配置224

6.4　系统镇定225

6.4.1　状态反馈镇定226

6.4.2　输出反馈镇定228

6.5　系统解耦230

6.5.1　前馈补偿器解耦231

6.5.2　状态反馈解耦233

6.6　状态观测器236

6.6.1 全维状态观测器及其设计方法237

6.6.2　降维状态观测器及其设计方法242

6.7　采用状态观测器的状态反馈系统246

6.8　MATLAB在极点配置及状态观测器设计中的应用248

6.8.1　用MATLAB实现极点配置248

6.8.2　用MATLAB实现状态观测器设计250

6.8.3　用MATLAB实现带状态观测器的闭环状态反馈系统252

小结253

思考题与习题254

思考题与习题答案256

参考文献295