现代控制理论 付主木
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作者付主木
出版社机械工业出版社
ISBN9787111753933
出版时间2024-07
装帧平装
开本16开
定价59元
货号29752320
上书时间2024-10-21
商品详情
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前言
随着科学技术日新月异的进步和发展，“现代控制理论”不仅是传统自动化类专业的课程，也是现今高校智能工程（包括智能控制、智能制造、智能装备等）、人工智能专业必修的重要基础理论课程之一。根据教学大纲的要求，“现代控制理论”课程的目的不仅是使学生获得现代控制理论的基础知识，掌握控制系统的状态空间分析方法，熟悉控制系统的综合与设计方法，为学生学习后续课程以及日后深入学习其他相关内容打下扎实的基础，而且也将本课程的核心思想“变换”传授给学生，引导学生合理处理好现实世界的各种复杂问题。
本书从工程应用实际出发，阐述现代数学与控制理论的基本概念和方法。全书内容共分7章，结构贯穿一条主线，具体包括控制系统的状态空间描述（数学模型），控制系统状态方程的解，线性控制系统的能控性和能观测性，控制系统的稳定性分析（基本性质分析），状态反馈、输出反馈、极点配置与状态观测器设计（系统的综合与设计），以及最优控制等基本内容。
本书主编从事控制理论系列课程的教学工作近20年，潜心研究了控制理论课程的教材内容和教学方法，具有丰富的经验。在本书撰写过程中，编者充分考虑了学生的学习过程、教师的教学过程，充分兼顾了教与学两方面的特点，以增强教学过程中的可操作性，突出状态空间中控制理论与工程实践问题的紧密结合，注重学生分析问题和解决问题能力的培养。为适应新时期高等教育人才培养工作的需要，加强实践环节的教学，本书将MATLAB语言的知识穿插到各章内容中，以利于培养学生利用计算机解决实际问题的能力。本书结构清晰，便于学生从整体上掌握现代控制理论的基本概念和方法；注重物理概念，弱化数学推证，论证与实例相结合，内容阐述循序渐进，有利于学生运用理论知识解决工程实际问题。
本书由付主木任主编，陶发展和司鹏举任参编。具体编写分工：付主木编写第3~6章，陶发展编写第1、7章，司鹏举编写第2章。全书由付主木完成统稿并校改全书。
本书的出版得到以下项目的资助：国家自然科学基金（项目编号：62371182、62301212）；河南省“十四五”普通高等教育规划教材立项项目（批准号：教高〔2020〕469号）；高等教育司产学研合作协同育人项目“面向创新性人才培养的实践基地建设”（项目编号：202002288056）；河南省高等教育教学改革研究与实践项目（学位与研究生教育）“地方院校信息类研究生创新能力培养模式研究与实践”（项目编号：2021SJGLX141Y）。在此一并向国家自然科学基金委、高等教育司和河南省教育厅致谢。
在本书撰写过程中还参考了一些同行专家的论著和教材，在此向相关作者表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中难免有不足之处，敬请读者批评指正，以便修订时改进。读者在使用本书的过程中有其他意见或建议，也可向编者提出。
编者
导语摘要
本书是针对高等院校理工科高年级学生编写的控制系统基础理论教科书。本书全面系统地论述了控制系统状态空间分析的基本方法及状态空间综合的基本理论与方法，包括：控制系统的状态空间描述，控制系统状态方程的解，线性控制系统的能控性和能观测性，控制系统的稳定性分析，状态反馈、输出反馈、极点配置与状态观测器设计，以及最优控制等基本内容。另外，为了加强实践环节的教学，将MATLAB语言的知识穿插到各章内容中，以利于培养学生利用计算机解决实际问题的能力。各章列举了大量实际应用例题，强调了基本理论的工程实际应用。
本书可作为高等院校自动化、电气工程及其自动化、智能工程、人工智能等专业本科生的教材，也可供相关专业研究生、科研人员以及从事控制工程的技术人员参考。
作者简介
高等院校教师
目录
目录
前言
第1章绪论
1.1控制理论的发展过程
1.1.1经典控制理论阶段
1.1.2现代控制理论阶段
1.1.3大系统理论和智能控制理论阶段
1.1.4经典控制理论与现代控制理论的联系与比较
1.2现代控制理论的主要内容
1.2.1线性系统的一般理论
1.2.2系统辨识
1.2.3最优控制
1.2.4自适应控制
1.2.5最优滤波
1.2.6鲁棒控制
1.2.7非线性系统理论
1.3本课程的基本任务
第2章控制系统的状态空间描述
2.1状态空间表达式
2.1.1状态、状态变量和状态空间
2.1.2状态空间表达式
2.1.3状态变量的选取
2.1.4状态空间表达式的系统结构图和模拟结构图
2.2传递函数与传递函数阵
2.2.1单输入单输出系统
2.2.2多输入多输出系统
2.2.3组合系统的传递函数阵
2.3系统状态空间表达式的建立
2.3.1从系统机理出发建立状态空间表达式
2.3.2从系统框图求状态空间表达式
2.3.3根据系统微分方程建立状态空间表达式
2.3.4由系统传递函数求状态空间表达式
2.4线性变换
2.4.1系统状态的线性变换
2.4.2线性变换的基本性质
2.4.3化系统矩阵A为标准形
2.5离散时间系统的状态空间表达式
2.5.1将差分方程化为状态空间表达式
2.5.2离散系统的脉冲传递函数矩阵
2.6时变系统的状态空间表达式
2.7用MATLAB分析状态空间模型
习题
第3章控制系统状态方程的解
3.1线性定常系统齐次状态方程的解
3.2状态转移矩阵
3.2.1状态转移矩阵的性质
3.2.2状态转移矩阵的计算
3.3线性定常系统非齐次状态方程的解
3.4线性定常离散系统状态方程的解
3.4.1线性定常连续系统状态方程的离散化
3.4.2线性定常离散系统状态方程的解
3.5线性时变系统状态方程的解
3.5.1时变系统状态方程解的特点
3.5.2线性时变系统齐次状态方程的解
3.5.3线性时变系统状态转移矩阵Φ（t，t0）基本性质
3.5.4线性时变系统非齐次状态方程的解
3.6利用MATLAB求解系统的状态方程
习题
第4章线性控制系统的能控性和能观测性
4.1线性控制系统的能控性和能观测性概述
4.2线性定常系统的能控性
4.2.1线性定常系统能控性定义
4.2.2线性定常系统能控性判据
4.3线性定常连续系统的能观测性
4.3.1线性定常连续系统能观测性定义
4.3.2线性定常连续系统能观测性判据
4.4线性离散系统的能控性与能观测性
4.4.1线性定常离散系统的能控性
4.4.2线性定常离散系统的能观测性
4.4.3连续系统离散化后的能控性与能观测性
4.5线性时变系统的能控性与能观测性
4.5.1线性时变系统的能控性判据
4.5.2线性时变系统的能观测性判据
4.6能控性与能观测性的对偶关系
4.7系统的能控标准形与能观测标准形
4.7.1系统的能控标准形
4.7.2系统的能观测标准形
4.8能控性和能观测性与传递函数矩阵的关系
4.9线性系统的结构分解
4.9.1按能控性分解
4.9.2按能观测性分解
4.9.3按能控性和能观测性分解
4.10系统的实现问题
4.10.1单输入单输出系统的实现问题
4.10.2多输入多输出系统的实现问题
4.10.3传递函数矩阵的最小实现
4.11利用MATLAB实现系统能控性与能观测性分析
4.11.1判断线性系统的能控性和能观测性
4.11.2线性系统按能控性或能观测性分解
4.11.3线性系统转换成能控标准形和能观测标准形
习题
第5章控制系统的稳定性分析
5.1问题引出
5.2李雅普诺夫稳定性定义
5.2.1稳定和一致稳定
5.2.2渐近稳定
5.2.3大范围渐近稳定
5.2.4不稳定
5.3李雅普诺夫稳定性理论
5.3.1李雅普诺夫第一法
5.3.2李雅普诺夫第二法
5.4李雅普诺夫方法在线性系统中的应用
5.4.1线性定常连续系统渐近稳定判据
5.4.2线性时变连续系统渐近稳定判据
5.4.3线性定常离散系统渐近稳定判据
5.4.4线性时变离散系统渐近稳定判据
5.5李雅普诺夫方法在非线性系统中的应用
5.5.1克拉索夫斯基法
5.5.2变量-梯度法
5.6利用MATLAB分析系统的稳定性
习题
第6章线性定常系统的综合
6.1线性反馈控制系统的基本结构
6.1.1状态反馈
6.1.2输出反馈
6.1.3闭环系统的能控性和能观测性
6.2极点配置
6.2.1状态反馈的极点配置
6.2.2具有输入变换器和串联补偿器的状态反馈极点配置
6.2.3输出反馈的极点配置
6.3系统镇定问题
6.4解耦控制
6.4.1解耦的定义
6.4.2串联解耦
6.4.3状态反馈解耦
6.5状态观测器
6.5.1状态观测器原理
6.5.2全维状态观测器设计
6.5.3降维状态观测器设计
6.6带状态观测器的状态反馈闭环系统
6.6.1系统的结构
6.6.2系统的基本特性
6.7基于MATLAB的控制系统综合
6.7.1基于MATLAB的状态观测器设计
6.7.2基于MATLAB设计控制系统示例
习题
第7章最优控制
7.1引言
7.1.1最优控制问题的提出
7.1.2最优控制基本概念
7.2变分法
7.2.1变分法的基本概念
7.2.2最优控制问题的变分解法
7.3极小值原理
7.4动态规划法
7.4.1多段决策问题
7.4.2动态规划法在连续系统中的应用
7.4.3动态规划法在离散系统中的应用
7.5线性二次型性能指标的最优控制
7.5.1问题提出
7.5.2状态调节器
7.5.3输出调节器
7.5.4跟踪问题
7.6基于MATLAB的最优控制系统应用
习题
参考文献
内容摘要
本书是针对高等院校理工科高年级学生编写的控制系统基础理论教科书。本书全面系统地论述了控制系统状态空间分析的基本方法及状态空间综合的基本理论与方法，包括：控制系统的状态空间描述，控制系统状态方程的解，线性控制系统的能控性和能观测性，控制系统的稳定性分析，状态反馈、输出反馈、极点配置与状态观测器设计，以及最优控制等基本内容。另外，为了加强实践环节的教学，将MATLAB语言的知识穿插到各章内容中，以利于培养学生利用计算机解决实际问题的能力。各章列举了大量实际应用例题，强调了基本理论的工程实际应用。
本书可作为高等院校自动化、电气工程及其自动化、智能工程、人工智能等专业本科生的教材，也可供相关专业研究生、科研人员以及从事控制工程的技术人员参考。
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