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绪论1

0.1 经典控制理论1

0.2 现代控制理论2

0.3 本书的内容和特点3

第1章 线性系统的状态空间模型4

1.1 状态空间分析法4

1.1.1 例子4

1.1.2 状态变量和状态向量6

1.1.3 状态空间和状态空间模型6

1.2 状态空间模型的建立10

1.2.1 由系统机理建立状态空间模型10

1.2.2 由系统框图求状态空间模型13

1.3 由外部模型化为内部模型及其标准型15

1.3.1 传递函数中没有零点时的标准Ⅰ型和标准Ⅱ型实现16

1.3.2 传递函数有零点时的标准Ⅰ型和标准Ⅱ型实现19

1.3.3 约当标准型26

1.4 由状态空间方程求传递函数阵31

1.4.1 传递函数阵的定义32

1.4.2 由状态空间模型求传递函数阵32

1.5 离散时间系统的状态空间模型35

1.5.1 状态空间方程35

1.5.2 状态结构图37

1.6 状态向量的线性变换38

1.6.1 状态向量的线性变换38

1.6.2 系统特征值的不变性39

1.6.3 化系统矩阵A为标准型42

1.7 系统模型的MATLAB表示及其相互转换54

1.7.1 系统模型间的转换54

1.7.2 系统的非奇异线性变换与状态空间标准型57

习题60

第2章 线性系统的运动分析62

2.1 状态方程的齐次解（自由解）62

2.2 状态转移矩阵64

2.3 线性系统的运动分析73

2.3.1 线性系统的运动规律73

2.3.2 特定输入下线性系统的状态响应75

2.4 连续系统的时间离散化78

2.4.1 问题的提出78

2.4.2 三点基本假设78

2.4.3 线性定常连续系统状态空间方程的离散化79

2.4.4 近似离散化81

2.5 线性定常离散系统的运动分析82

2.5.1 线性定常离散系统齐次状态方程的解82

2.5.2 状态转移矩阵82

2.5.3 线性定常离散系统状态方程的解84

2.6 MATLAB在线性系统的运动分析中的应用88

2.6.1 计算系统的状态转移矩阵88

2.6.2 求解状态方程89

习题92

第3章 线性系统的能控性与能观测性95

3.1 线性连续系统的能控性95

3.1.1 状态能控性的含义95

3.1.2 状态能控性的定义97

3.1.3 状态能控性判据97

3.1.4 线性定常连续系统的输出能控性102

3.2 线性连续系统的能观测性103

3.2.1 状态能观测性的含义103

3.2.2 状态能观测性的定义104

3.2.3 线性定常连续系统的状态能观测性判别105

3.3 线性离散系统的能控性与能观测性109

3.3.1 线性定常离散系统的状态能控性与能达性109

3.3.2 线性定常离散系统的状态能观测性112

3.3.3 离散化线性定常系统的状态能控性和能观测性114

3.4 能控性与能观测性的对偶关系115

3.5 能控标准型与能观测标准型117

3.5.1 系统的能控标准型117

3.5.2 单变量系统的能观测标准型122

3.6 线性定常系统的结构分解124

3.6.1 能控性结构分解125

3.6.2 能观测性结构分解128

3.6.3 系统状态的标准分解129

3.7 传递函数矩阵的实现问题133

3.7.1 SISO系统的实现133

3.7.2 MIMO系统的实现137

3.8 MATLAB在线性系统的能控性与能观测性分析中的应用143

习题150

第4章 控制系统的稳定性分析153

4.1 李雅普诺夫稳定性的基本概念153

4.1.1 平衡状态153

4.1.2 李雅普诺夫稳定性定义154

4.2 李雅普诺夫判定稳定性的方法156

4.2.1 李雅普诺夫第一方法156

4.2.2 李雅普诺夫第二方法159

4.3 李雅普诺夫第二方法在线性系统分析中的应用167

4.3.1 线性定常连续系统稳定性分析167

4.3.2 线性定常离散系统的稳定性分析170

4.4 线性定常系统的稳定性分析173

4.5 MATLAB在控制系统的稳定性分析中的应用176

习题178

第5章 线性定常系统的综合180

5.1 反馈控制结构180

5.2 极点配置182

5.2.1 采用状态反馈配置极点182

5.2.2 具有输入变换器和串联补偿器的状态反馈极点配置187

5.2.3 跟踪控制器设计189

5.2.4 输出反馈极点配置193

5.3 状态重构与状态观测器的设计194

5.3.1 状态重构原理194

5.3.2 全维状态观测器的设计196

5.3.3 降维状态观测器的设计198

5.4 带观测器状态反馈系统的综合204

5.4.1 系统的结构与数学模型204

5.4.2 闭环系统的基本特性205

5.5 MATLAB在线性系统的综合中的应用208

习题209

第6章 状态空间分析法在工程中的应用211

6.1 单倒立摆控制系统的状态空间设计211

6.2 大型桥式吊车行车控制系统的状态空间设计216

6.2.1 调节对象——桥式吊车（行车）状态空间方程的建立216

6.2.2 行车系统的性能分析220

6.2.3 利用极点配置法设计全状态反馈调节器222

6.2.4 全维状态观测器设计225

参考文献230