**章 緒論 1 **節(jié) 控制理論的發(fā)展過程 1 第二節(jié) 線性系統(tǒng)理論的基本概念 1 一、線性系統(tǒng)的定義 1 二、線性系統(tǒng)的性質(zhì) 2 第三節(jié) 線性系統(tǒng)理論的主要研究內(nèi)容 2 一、狀態(tài)空間描述 2 二、系統(tǒng)分析 2 三、系統(tǒng)綜合 2 第四節(jié) 線性系統(tǒng)理論的主要學(xué)派 3 習(xí)題1 3 第二章 系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 4 **節(jié) 輸入輸出描述 4 一、微分方程描述 4 二、傳遞函數(shù)描述 4 三、結(jié)構(gòu)圖描述 4 第二節(jié) 狀態(tài)空間描述 5 一、狀態(tài)與狀態(tài)空間 5 二、狀態(tài)空間表達(dá)式 6 三、模擬結(jié)構(gòu)圖 7 第三節(jié) 狀態(tài)空間表達(dá)式的建立 7 一、根據(jù)系統(tǒng)的物理機(jī)理建立狀態(tài)空間表達(dá)式 8 二、根據(jù)系統(tǒng)的微分方程建立狀態(tài)空間表達(dá)式 9 三、根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)建立狀態(tài)空間表達(dá)式 15 四、根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖導(dǎo)出狀態(tài)空間表達(dá)式 19 第四節(jié) 線性變換及特征值標(biāo)準(zhǔn)型 21 一、狀態(tài)空間的線性變換 21 二、狀態(tài)空間表達(dá)式變換為對角線標(biāo)準(zhǔn)型 24 三、狀態(tài)空間表達(dá)式變換為約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型 28 第五節(jié) 組合系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 33 一、并聯(lián)連接方式 33 二、串聯(lián)連接方式 34 三、反饋連接方式 35 第六節(jié) 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣 36 一、定義及表達(dá)式 37 二、傳遞函數(shù)矩陣性質(zhì) 38 習(xí)題2 38 第三章 線性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析 41 **節(jié) 線性定常系統(tǒng)齊次方程的解 41 一、標(biāo)量齊次微分方程的解 41 二、齊次狀態(tài)方程的解 41 第二節(jié) 矩陣指數(shù)函數(shù) 42 一、矩陣指數(shù)函數(shù)的定義和性質(zhì) 42 二、矩陣指數(shù)函數(shù)的計(jì)算方法 43 第三節(jié) 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 49 一、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的物理意義 49 二、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì) 51 第四節(jié) 線性定常系統(tǒng)非齊次方程的解 52 一、直接法 52 二、拉式變換法 55 第五節(jié) 線性時(shí)變系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析 58 一、線性時(shí)變系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 58 二、線性時(shí)變系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 59 習(xí)題3 61 第四章 線性系統(tǒng)的能控性與能觀測性 64 **節(jié) 線性系統(tǒng)的能控性 64 一、能控性定義 64 二、能控性判別準(zhǔn)則 65 第二節(jié) 線性系統(tǒng)的能觀測性 67 一、能觀測性定義 67 二、能觀測性判別準(zhǔn)則 68 第三節(jié) 對偶性 70 一、對偶系統(tǒng) 70 二、對偶定理 71 第四節(jié) 能控和能觀測標(biāo)準(zhǔn)型 71 一、系統(tǒng)能控標(biāo)準(zhǔn)型 71 二、系統(tǒng)能觀測標(biāo)準(zhǔn)型 74 第五節(jié) 線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解 77 一、按能控和能觀測性分解 77 二、化為約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型的分解 82 第六節(jié) 系統(tǒng)的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn) 84 一、*小實(shí)現(xiàn) 85 二、能控能觀測與傳遞函數(shù)的關(guān)系 86 習(xí)題4 86 第五章 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性 89 **節(jié) 李雅普諾夫意義下的穩(wěn)定性 89 一、系統(tǒng)的穩(wěn)定性 89 二、李雅普諾夫穩(wěn)定性概念 90 第二節(jié) 李雅普諾夫**法 92 一、線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性 92 二、非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性 93 第三節(jié) 李雅普諾夫第二法 94 一、李雅普諾夫函數(shù) 95 二、正定型判別準(zhǔn)則 95 三、李雅普諾夫第二法定理 96 第四節(jié) 線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 98 一、李雅普諾夫方程 99 二、線性定常系統(tǒng)漸近穩(wěn)定判別定理 99 習(xí)題5 102 第六章 線性定常系統(tǒng)的綜合 105 **節(jié) 狀態(tài)反饋與輸出反饋 105 一、狀態(tài)反饋 105 二、輸出反饋 106 第二節(jié) 狀態(tài)反饋系統(tǒng)的極點(diǎn)配置 107 一、極點(diǎn)可配置條件 107 二、極點(diǎn)配置方法 107 三、狀態(tài)反饋對系統(tǒng)性能的影響 110 四、線性系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題 113 第三節(jié) 狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì) 113 一、狀態(tài)觀測器概念 113 二、狀態(tài)觀測器ke的設(shè)計(jì) 115 第四節(jié) 帶狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng) 119 一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與狀態(tài)空間表達(dá)式 119 二、閉環(huán)系統(tǒng)的基本特征 120 第五節(jié) 解耦控制 120 一、解耦的概念 121 二、串聯(lián)解耦 121 三、狀態(tài)反饋解耦 123 習(xí)題6 126 參考文獻(xiàn) 128 **章 緒 論 1 **節(jié) 控制理論的發(fā)展過程 1 第二節(jié) 線性系統(tǒng)理論的基本概念 1 一、線性系統(tǒng)的定義 1 二、線性系統(tǒng)的性質(zhì) 2 第三節(jié) 線性系統(tǒng)理論的主要研究內(nèi)容 2 一、狀態(tài)空間描述 2 二、系統(tǒng)分析 2 三、系統(tǒng)綜合 3 第四節(jié) 線性系統(tǒng)理論的主要學(xué)派 3 習(xí)題 14 第二章 系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 5 **節(jié) 輸入輸出描述 5 一、微分方程描述 5 二、傳遞函數(shù)描述 5 三、結(jié)構(gòu)圖描述 5 第二節(jié) 狀態(tài)空間描述 6 一、狀態(tài)與狀態(tài)空間 6 二、狀態(tài)空間表達(dá)式 7 三、模擬結(jié)構(gòu)圖 8 第三節(jié) 狀態(tài)空間表達(dá)式的建立 9 一、根據(jù)系統(tǒng)的物理機(jī)理建立狀態(tài)空間表達(dá)式 9 二、根據(jù)系統(tǒng)的微分方程建立狀態(tài)空間表達(dá)式 11 三、根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)建立狀態(tài)空間表達(dá)式 16 四、根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖導(dǎo)出狀態(tài)空間表達(dá)式 21 第四節(jié) 線性變換及特征值標(biāo)準(zhǔn)型 23 一、狀態(tài)空間的線性變換 23 二、狀態(tài)空間表達(dá)式變換為對角線標(biāo)準(zhǔn)型 26 三、狀態(tài)空間表達(dá)式變換為約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型 30 第五節(jié) 組合系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 35 一、并聯(lián)連接方式 35 二、串聯(lián)連接方式 36 三、反饋連接方式 37 第六節(jié) 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣 38 一、定義及表達(dá)式 38 二、傳遞函數(shù)矩陣性質(zhì) 39 習(xí)題 240 第三章 線性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析 43 **節(jié) 線性定常系統(tǒng)齊次方程的解 43 一、標(biāo)量齊次微分方程的解 43 二、齊次狀態(tài)方程的解 44 第二節(jié) 矩陣指數(shù)函數(shù) 44 一、矩陣指數(shù)函數(shù)定義和性質(zhì) 44 二、矩陣指數(shù)函數(shù)的計(jì)算方法 45 第三節(jié) 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 51 一、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的物理意義 51 二、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì) 53 第四節(jié) 線性定常系統(tǒng)非齊次方程的解 54 一、直接法 55 二、拉式變換法 57 第五節(jié) 線性時(shí)變系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析 60 一、線性時(shí)變系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 60 二、線性時(shí)變系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 62 習(xí)題 364 第四章 線性系統(tǒng)的能控性與能觀測性 66 **節(jié) 線性系統(tǒng)的能控性 66 一、能控性定義 66 二、能控性判別準(zhǔn)則 67 第二節(jié) 線性系統(tǒng)的能觀測性 69 一、能觀測性定義 69 二、能觀測性判別準(zhǔn)則 70 第三節(jié) 對偶性 72 一、對偶系統(tǒng) 72 二、對偶定理 73 第四節(jié) 能控和能觀測標(biāo)準(zhǔn)型 73 一、系統(tǒng)能控標(biāo)準(zhǔn)型 74 二、系統(tǒng)能觀測標(biāo)準(zhǔn)型 77 第五節(jié) 線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解 79 一、按能控和能觀測性分解 80 二、化為約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型的分解 84 第六節(jié) 系統(tǒng)的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn) 87 一、*小實(shí)現(xiàn) 87 二、能控能觀測與傳遞函數(shù)的關(guān)系 88 習(xí)題 489 第五章 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性 92 **節(jié) 李雅普諾夫意義下的穩(wěn)定性 92 一、系統(tǒng)的穩(wěn)定性 92 二、李雅普諾夫穩(wěn)定性概念 93 第二節(jié) 李雅普諾夫**法 95 一、線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性 95 二、非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性 96 第三節(jié) 李雅普諾夫第二法 98 一、李雅普諾夫函數(shù) 98 二、正定型判別準(zhǔn)則 98 三、李雅普諾夫第二法定理 99 第四節(jié) 線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 102 一、李雅普諾夫方程 102 二、線性定常系統(tǒng)漸近穩(wěn)定判別定理 102 習(xí)題 5106 第六章 線性定常系統(tǒng)的綜合 108 **節(jié) 狀態(tài)反饋與輸出反饋 108 一、狀態(tài)反饋 108 二、輸出反饋 109 第二節(jié) 狀態(tài)反饋系統(tǒng)的極點(diǎn)配置 110 一、極點(diǎn)可配置條件 110 二、極點(diǎn)配置方法 110 三、狀態(tài)反饋對系統(tǒng)性能的影響 113 四、線性系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題 116 第三節(jié) 狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì) 116 一、狀態(tài)觀測器概念 116 二、狀態(tài)觀測器ke的設(shè)計(jì) 119 第四節(jié) 帶狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng) 123 一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與狀態(tài)空間表達(dá)式 123 二、閉環(huán)系統(tǒng)的基本特征 124 第五節(jié) 解耦控制 125 一、解耦的概念 125 二、串聯(lián)解耦 125 三、狀態(tài)反饋解耦 127 習(xí)題 6130 參考文獻(xiàn) 133