現(xiàn)代控制理論是建立在狀態(tài)空間法基礎(chǔ)上的一種控制理論與方法，是自動(dòng)控制理論的一個(gè)重要組成部分。本書反映現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和趨勢(shì)，以加強(qiáng)基礎(chǔ)、突出思維和培養(yǎng)能力為原則，詳細(xì)介紹了基于狀態(tài)空間模型的線性系統(tǒng)分析和綜合方法，包括控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述、線性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析、線性系統(tǒng)的能控性與能觀性、穩(wěn)定性理論與李雅普諾夫方法、線性時(shí)不變系統(tǒng)的綜合和控制方法。在此基礎(chǔ)上，還給出了MATLAB仿真算例和工程應(yīng)用案例，便于讀者用MATLAB軟件解決控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題。
本書可作為高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)本科生教材，也可作為其他相關(guān)專業(yè)本科生或控制科學(xué)與工程學(xué)科研究生及相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)人員的參考書。
★本書是作者在總結(jié)十余年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，參考已出版的同類教材編寫而成，反映了當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的主流和趨勢(shì)。
★給出了相應(yīng)的MATLAB函數(shù)和工程應(yīng)用舉例，便于讀者利用MATLAB軟件來(lái)培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
★課程思政引入教學(xué)課件中，每章節(jié)開(kāi)頭思政引領(lǐng)，精選引語(yǔ)和提供導(dǎo)讀。通過(guò)課程思政與教學(xué)內(nèi)容的融合，培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)國(guó)奉獻(xiàn)的科學(xué)精神和愛(ài)國(guó)情懷。
教材是學(xué)校教育教學(xué)、推進(jìn)立德樹(shù)人的關(guān)鍵要素，是國(guó)家意志和社會(huì)主義核心價(jià)值觀的集中體現(xiàn)，是解決培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰(shuí)培養(yǎng)人這一根本問(wèn)題的核心載體。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和高等教育改革的深入，為實(shí)現(xiàn)兼顧課程思政與工程教育雙重要求，本書編者在原有版本基礎(chǔ)上對(duì)第1版教材進(jìn)行修訂和優(yōu)化。
修訂的主要內(nèi)容包括：
1）由于教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整，課程授課學(xué)時(shí)減少，為適應(yīng)新的教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃要求，將第1版35節(jié)中的能控標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ型和能觀標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ型、54節(jié)解耦控制、62節(jié)狀態(tài)估計(jì)與卡爾曼濾波、63節(jié)系統(tǒng)辨識(shí)和64節(jié)自適應(yīng)控制相關(guān)內(nèi)容刪除。
2）為了更好地幫助學(xué)生梳理章節(jié)內(nèi)容，提取知識(shí)重點(diǎn)、課程難點(diǎn)和能力要求，在每章的開(kāi)始和結(jié)尾處分別增加了學(xué)習(xí)目標(biāo)和本章要點(diǎn)。
3）將課程思政引入教學(xué)課件中，每章節(jié)開(kāi)頭思政引領(lǐng)，精選引語(yǔ)和提供導(dǎo)讀。通過(guò)課程思政與教學(xué)內(nèi)容的融合，培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)國(guó)奉獻(xiàn)的科學(xué)精神和愛(ài)國(guó)情懷。
4）新版教材提供了豐富的數(shù)字化教學(xué)資源，包括教學(xué)大綱、教學(xué)課件、高質(zhì)量教學(xué)視頻、課后練習(xí)答案等，教學(xué)微課以二維碼形式在書中相應(yīng)位置出現(xiàn)，隨掃隨學(xué)。另外，與本書配套的數(shù)字課程現(xiàn)代控制理論在愛(ài)課程平臺(tái)（https://wwwicourse163org/course/CHD-1461786182?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg_）和智慧樹(shù)平臺(tái)（https://coursehomezhihuishucom/courseHome/1000000483）上線，讀者可以登錄相關(guān)平臺(tái)進(jìn)行在線學(xué)習(xí)。
修訂后本書以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，系統(tǒng)闡述了現(xiàn)代控制理論的基本原理及其分析綜合方法，主要內(nèi)容包括線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述、線性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析、線性系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性、李雅普諾夫穩(wěn)定性分析以及線性系統(tǒng)的狀態(tài)綜合等。在此基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)單介紹了狀態(tài)估計(jì)與卡爾曼濾波的基本理論與內(nèi)容，以開(kāi)闊學(xué)生視野，為學(xué)生在研究生階段的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
在編寫方法上，仍保持第1版的特色。突出現(xiàn)代控制理論的物理概念和工程背景，并在每一章節(jié)的后給出對(duì)應(yīng)的MATLAB仿真算例，加強(qiáng)學(xué)生系統(tǒng)分析、工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力的培養(yǎng)。本書論述清楚，基本概念、定理和定義等敘述準(zhǔn)確、易懂，定理證明嚴(yán)密、規(guī)范，可讀性好，便于自學(xué)。
本書由長(zhǎng)安大學(xué)閆茂德教授、胡延蘇副教授和西北工業(yè)大學(xué)高昂副教授共同編寫。其中，閆茂德編寫了緒論、第4章和第5章；高昂編寫了第2章和第6章；胡延蘇編寫了第1章和第3章。全書由閆茂德教授整理定稿。
由于編者水平有限，書中難免有遺漏和不當(dāng)之處，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
第2版前言
第1版前言
緒論
01控制理論的發(fā)展回顧
02現(xiàn)代控制理論的研究范圍及其分支
03經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論的研究與比較
04設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)的基本步驟
05MATLAB仿真平臺(tái)
06本書的內(nèi)容和特點(diǎn)
第1章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述
11狀態(tài)空間的基本概念
111系統(tǒng)的基本概念
112系統(tǒng)數(shù)學(xué)描述的基本概念
113系統(tǒng)狀態(tài)描述的基本概念
12控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式
121狀態(tài)空間表達(dá)式
122狀態(tài)空間表達(dá)式的一般形式
123狀態(tài)空間表達(dá)式的向量結(jié)構(gòu)圖
124狀態(tài)空間表達(dá)式的模擬結(jié)構(gòu)圖
13控制系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的建立
131由系統(tǒng)框圖建立狀態(tài)空間表達(dá)式
132由機(jī)理法建立狀態(tài)空間表達(dá)式
133由傳遞函數(shù)或微分方程建立狀態(tài)空間表達(dá)式
14線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣
141由狀態(tài)空間表達(dá)式求傳遞函數(shù)矩陣
142組合系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣
15線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型變換
151線性變換
152系統(tǒng)特征值與特征向量
153通過(guò)線性變換將狀態(tài)空間表達(dá)式化為規(guī)范型
154傳遞函數(shù)的并聯(lián)型實(shí)現(xiàn)
16離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述
161離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式
162由差分方程建立狀態(tài)空間表達(dá)式
163由離散系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式求脈沖傳遞函數(shù)矩陣
17非線性系統(tǒng)近似（局部）線性化后的狀態(tài)空間表達(dá)式
18MATLAB在系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中的應(yīng)用
181線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
182傳遞函數(shù)模型與狀態(tài)空間模型的相互轉(zhuǎn)換
183線性系統(tǒng)的線性變換
19本章要點(diǎn)
習(xí)題
第2章線性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析
21線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解
211齊次狀態(tài)方程的解
212狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的運(yùn)算性質(zhì)
213狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計(jì)算方法
214非齊次狀態(tài)方程的解
22線性時(shí)變系統(tǒng)狀態(tài)方程的解
221齊次狀態(tài)方程的解
222狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的運(yùn)算性質(zhì)
223狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計(jì)算方法
224非齊次狀態(tài)方程的解
23線性離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的解
231迭代法
232Z變換法
24線性連續(xù)系統(tǒng)的離散化
241線性定常連續(xù)系統(tǒng)的離散化
242線性時(shí)變連續(xù)系統(tǒng)的離散化
243近似離散化
25MATLAB在線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析中的應(yīng)用
251MATLAB求解線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
252MATLAB求解定常系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)
253MATLAB變換連續(xù)狀態(tài)空間模型為離散狀態(tài)空間模型
26本章要點(diǎn)
習(xí)題
第3章線性系統(tǒng)的能控性與能觀性
31線性連續(xù)系統(tǒng)的能控性
311線性連續(xù)系統(tǒng)能控性定義
312線性定常連續(xù)系統(tǒng)的能控性判據(jù)
313線性時(shí)變連續(xù)系統(tǒng)的能控性判據(jù)
32線性連續(xù)系統(tǒng)的能觀性
321線性連續(xù)系統(tǒng)能觀性定義
322線性定常連續(xù)系統(tǒng)的能觀性判據(jù)
323線性時(shí)變連續(xù)系統(tǒng)的能觀性判據(jù)
33線性離散系統(tǒng)的能控性和能觀性
331線性離散系統(tǒng)能控性定義
332線性定常離散系統(tǒng)能控性判據(jù)
333線性離散系統(tǒng)能觀性定義
334線性定常離散系統(tǒng)能觀性判據(jù)
34線性系統(tǒng)能控性和能觀性的對(duì)偶關(guān)系
341對(duì)偶系統(tǒng)
342對(duì)偶原理
35能控規(guī)范型與能觀規(guī)范型
351單輸入系統(tǒng)的能控規(guī)范型
352單輸出系統(tǒng)的能觀規(guī)范型
36線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解
361按約當(dāng)規(guī)范型分解
362按能控性分解
363按能觀性分解
364按能控能觀性分解
37傳遞函數(shù)矩陣的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題
371實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的基本概念
372系統(tǒng)的規(guī)范型實(shí)現(xiàn)
373傳遞函數(shù)矩陣的小實(shí)現(xiàn)
38傳遞函數(shù)矩陣與能控性和能觀性的關(guān)系
39MATLAB在系統(tǒng)能控性和能觀性分析中的應(yīng)用
310本章要點(diǎn)
習(xí)題
第4章穩(wěn)定性理論與李雅普諾夫方法
41穩(wěn)定性基本概念
411外部穩(wěn)定性
412內(nèi)部穩(wěn)定性
413外部穩(wěn)定性與內(nèi)部穩(wěn)定性的關(guān)系
42李雅普諾夫穩(wěn)定性的基本概念
421平衡狀態(tài)
422范數(shù)
423李雅普諾夫穩(wěn)定性的定義
43李雅普諾夫間接法
431線性系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)
432非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)
44李雅普諾夫直接法
441李雅普諾夫直接法的基本思想
442二次型函數(shù)及其定號(hào)性
443李雅普諾夫穩(wěn)定性定理
45李雅普諾夫直接法在線性時(shí)不變系統(tǒng)中的應(yīng)用
451連續(xù)系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
452離散系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
46李雅普諾夫直接法在線性時(shí)變系統(tǒng)中的應(yīng)用
461連續(xù)系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
462離散系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
47李雅普諾夫直接法在非線性系統(tǒng)中的應(yīng)用
471雅可比（Jacobian）矩陣法
472變量梯度法
48MATLAB在系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用
49本章要點(diǎn)
習(xí)題
第5章線性時(shí)不變系統(tǒng)的綜合
51線性時(shí)不變系統(tǒng)反饋控制的結(jié)構(gòu)及特性
511狀態(tài)反饋
512輸出反饋
513從輸出到狀態(tài)向量導(dǎo)數(shù)x·的反饋
514動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器
515反饋控制對(duì)系統(tǒng)能控性和能觀性的影響
52閉環(huán)極點(diǎn)配置
521采用狀態(tài)反饋
522采用輸出反饋
523采用從輸出到狀態(tài)向量導(dǎo)數(shù)x·的反饋
53系統(tǒng)鎮(zhèn)定問(wèn)題
54漸進(jìn)跟蹤與干擾抑制問(wèn)題
541具有輸入變換的跟蹤控制
542具有干擾抑制
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