图书简介
本书共分为七章。第一章为采样控制理论基础，由于现代控制理论同时处理连续和离散系统，这里介绍离散系统的研究工具和分析方法，第二章为控制系统的状态空间模型，介绍线性定常系统的状态空间描述方法，讨论了状态空间模型的基本概念、建立方法及线性非奇
异变换方法，第三章为线性系统的运动分析，介绍线性定常系统状态方程的求解方法以及状态转移矩阵的相关内容，第四章为线性系统的能控性和能观测性，介绍状态能控性和能观测性的概念和判断方法,以及系统的结构分解等内容，第五章为控制系统的李雅普诺夫稳定
性分析，介绍李雅普诺夫稳定性的概念及稳定性判据，第六章为状态反馈和状态观测器，介绍状态反馈和状态观测器的设计方法，第七章为线性二次型最优控制，介绍线性二次型最优控制的理论和设计方法。全文力求基本概念准确，处理问题思路清晰，内容重点突出。
每一章均采用MATLAB仿真软件给出其相关应用，有效加深对现代控制理论的理解和增强仿真软件的编程能力。
目录
第1章 采样控制理论基础1
1.1 采样控制理论概述1
1.2 采样控制系统中的信号7
1.2.1 采样控制系统的基本构成7
1.2.2 采样过程与采样信号的数学表示10
1.2.3 采样信号的频谱分析及采样定理11
1.2.4 采样信号恢复过程分析13
1.2.5 零阶保持器14
1.3 Z变换及Z反变换16
1.3.1 引言16
1.3.2 Z变换的定义16
1.3.3 求Z变换的方法17
1.3.4 Z变换的基本性质 20
1.3.5 Z反变换及求法22
1.4 脉冲传递函数与差分方程25
1.4.1 引言25
1.4.2 差分方程25
1.4.3 差分方程的解法26
1.4.4 脉冲传递函数 27
1.4.5 脉冲传递函数的求法28
1.4.6 采样控制系统的脉冲传递函数30
1.4.7 含有零阶保持器时的脉冲传递函数33
1.4.8 有扰动作用的采样控制系统34
1.4.9 闭环系统的脉冲传递函数与误差脉冲传递函数的关系34
1.5 采样系统的稳定性分析36
1.5.1 引言36
1.5.2 S平面与Z平面的映射关系37
1.5.3 采样系统的稳定条件37
1.5.4 采样控制系统的代数稳定判据39
1.6 采样系统的稳态误差分析44
1.6.1 引言44
1.6.2 采样系统稳态误差的定义45
1.6.3 静态误差系数45
1.6.4 干扰作用下采样系统的稳态误差48
1.6.5 采样周期对稳态误差的影响49
1.7 采样系统的分析50
1.7.1 采样系统的时域分析50
1.7.2 极点位置与时间响应的关系 50
1.7.3 采样系统的根轨迹分析54
1.7.4 采样系统的频率特性分析57
1.8 采样控制系统的数字控制器设计62
1.8.1 引言62
1.8.2 等效连续系统的数字控制器设计63
1.8.3 离散化方法64
1.8.4 数字PID控制器70
1.8.5 数字控制器Z域直接设计75
1.9 MATLAB仿真软件在本章中的应用77
本章小结88
习题89
第2章 控制系统的状态空间模型94
2.1 状态空间表达式95
2.1.1 状态空间表达式的基本概念95
2.1.2 连续定常系统状态空间表达式的建立102
2.2 状态空间的标准型实现111
2.2.1 能控标准型实现112
2.2.2 能观标准型实现113
2.2.3 对角标准型实现115
2.2.4 约当标准型实现117
2.3 线性变换118
2.3.1 线性非奇异变换118
2.3.2 化为能控标准型的变换阵120
2.3.3 化为对角标准型和约当标准型的变换阵121
2.4 由系统的状态空间表达式求传递函数阵128
2.4.1 传递函数阵的一般求法128
2.4.2 系统传递函数矩阵的递推算法129
2.5 系统的连接130
2.5.1 并联连接130
2.5.2 串联连接131
2.5.3 输出反馈连接132
2.6 离散时间系统的状态空间描述134
2.6.1 离散时间?统状态空间表达式的描述134
2.6.2 差分方程式化为状态空间表达式135
2.6.3 由离散状态空间模型求脉冲传递函数139
2.7 MATLAB仿真软件在本章中的应用139
2.7.1 控制系统模型与转换139
2.7.2 状态空间模型之间的变换143
2.7.3 组合系统的模型计算147
本章小结148
习题149
第3章 线性系统的运动分析154
3.1 线性定常系统齐次状态方程的解154
3.2 状态转移矩阵158
3.2.1 状态转移矩阵的定义158
3.2.2 状态转移矩阵的性质159
3.2.3 状态转移矩阵的计算160
3.3 非齐次状态方程的解167
3.3.1 直接求解法167
3.3.2 拉普拉斯变换求解法168
3.4 线性离散时间系统的运动分析169
3.4.1 连续时间系统的离散化 170
3.4.2 离散时间系统的运动分析172
3.5 MATLAB仿真软件在本章中的应用174
本章小结182
习题182
第4章 线性系统的能控性和能观性186
4.1 线性定常连续系统的能控性186
4.1.1 能控性的概念186
4.1.2 能控性的判别准则188
4.1.3 线性定常离散系统的能控性判别194
4.2 线性连续定常系统的能观性195
4.2.1 能观性的概念195
4.2.2 能观性的判别准则195
4.2.3 线性定常离散系统的能观性判别199
4.3 对偶原理200
4.4 线性系统的结构分解202
4.4.1 能控性分解202
4.4.2 能观性分解205
4.4.3 能控能观性分解207
4.5 传递函数(阵)的最小实现212
4.5.1 实现的概念212
4.5.2 最小实现的方法213
4.6 传递函数与能控(能观)性的关系215
4.7 求取能控、能观标准型的变换阵218
4.8 MATLAB仿真软件在本章中的应用218
本章小结221
习题222
第5章 控制系统的李雅普诺夫稳定性分析226
5.1 李雅普诺夫稳定性227
5.1.1 平衡状态的概念227
5.1.2 李雅普诺夫稳定性定义228
5.2 李雅普诺夫第一法229
5.3 李雅普诺夫第二法231
5.3.1 二次型及其正定性232
5.3.2 李雅普诺夫第二法的稳定性定理234
5.4 李雅普诺夫稳定性分析237
5.4.1 线性连续定常系统的稳定性分析237
5.4.2 离散系统的稳定性分析241
5.4.3 非线性系统的稳定性分析242
5.5 MATLAB仿真软件在本章中的应用246
本章小结249
习题249
第6章 状态反馈控制器和状态观测器253
6.1 系统综合问题概述253
6.2 稳定化状态反馈控制器的设计254
6.3 状态反馈与极点配置256
6.3.1 状态反馈的概念及系统构成256
6.3.2 状态反馈控制器极点配置条件 257
6.3.3 状态反馈的极点配置方法261
6.3.4 由爱克曼公式确定状态反馈增益矩阵264
6.4 状态反馈与系统的镇定267
6.5 状态观测器的设计269
6.5.1 状态观测器的原理与构成269
6.5.2 状态观测器的存在条件271
6.5.3 全维状态观测器的设计272
6.5.4 降维状态观测器的设计 275
6.6 带有状态观测器的状态反馈控制系统设计280
6.6.1 带有状态观测器的状态反馈控制系统的构成和特点 280
6.6.2 带有状态观测器的状态反馈控制系统的设计方法 282
6.7 线性离散时间系统的状态反馈控制器与状态观测器设计283
6.7.1 线性离散定常系统状态反馈与极点配置283
6.7.2 全维状态观测器284
6.7.3 带有观测器的状态反馈控制系统286
6.8 MATLAB仿真软件在本章中的应用287
本章小结293
习题294
第7章 线性二次型最优控制297
7.1 连续时间系统的线性二次型最优控制297
7.2 离散时间系统的线性二次型最优控制300
7.3 MATLAB仿真软件在本章中的应用302
本章小结304
习题304 习题参考答案305
附录A 综合分析题319
附录B 线性代数的相关基础知识324
B1.1 行列式及其性质324
B1.2 矩阵及其运算325
B1.3 向量组的秩与矩阵的秩327
B1.4 矩阵的微积分330
参考文献332
作者简介
严刚峰，工学博士（后），副教授，硕士生导师，博士毕业于电子科技大学，博士后出站于四川大学，在新加坡国立大学工学院控制组访问研究一年。主要研究方向为精密运动控制、控制理论的工程应用。入选四川省海外高层次留学人才，成都大学1315工程学术带头人
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