本書力求結(jié)合工程背景和物理概念，從統(tǒng)一的角度由淺入深地闡述基于狀態(tài)空間法和多變量頻域法的線性多變量系統(tǒng)建模、分析及設(shè)計(jì)方法。全書共8章，主要內(nèi)容包括系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣描述、矩陣分式描述、狀態(tài)空間描述和多項(xiàng)式矩陣描述及其相互聯(lián)系，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的定量分析和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性質(zhì)（能控性、能觀測(cè)性、穩(wěn)定性）的定性分析，傳遞函數(shù)矩陣和多項(xiàng)式矩陣描述的實(shí)現(xiàn)，多變量反饋控制系統(tǒng)基于狀態(tài)空間模型的時(shí)域綜合方法和基于多項(xiàng)式矩陣?yán)碚摰膹?fù)頻域綜合方法。 本書注重理論聯(lián)系實(shí)際，嘗試避免“引理—定理—證明—推論”的寫作模式，在闡述方式上力求符合理工科學(xué)生的認(rèn)識(shí)規(guī)律，通過(guò)典型、豐富的例題和習(xí)題及MATLAB程序設(shè)計(jì)，培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，鞏固理論知識(shí)并加強(qiáng)工程實(shí)用性。 本書可作為電氣信息類專業(yè)或相關(guān)專業(yè)研究生、高年級(jí)本科生的教材，也可供相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考。
王宏華，河海大學(xué)教授。多年來(lái)一直從事先進(jìn)控制理論及應(yīng)用、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、新型交直流電力傳動(dòng)、電能質(zhì)量監(jiān)控及節(jié)能新技術(shù)、電力電子系統(tǒng)的控制等方面科研與教學(xué)工作。
第1章 緒論
1.1 系統(tǒng)控制理論的發(fā)展
1.1.1 控制理論的研究對(duì)象
1.1.2 控制理論發(fā)展概述
1.2 線性系統(tǒng)理論的主要分支
1.3 MATLAB線性系統(tǒng)分析及Simulink簡(jiǎn)介
1.4 本書綜述
第2章 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述
2.1 引言
2.2 多變量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣描述
2.3 多變量系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述
2.3.1 系統(tǒng)狀態(tài)空間描述的基本概念
2.3.2 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的一般形式
2.3.3 線性連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的模擬計(jì)算機(jī)仿真（狀態(tài)變量圖）
2.3.4 由線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式求傳遞函數(shù)矩陣
2.3.5 線性連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間建模示例
2.3.6 由系統(tǒng)高階微分方程或方框圖建立狀態(tài)空間模型
2.4 線性定常系統(tǒng)的矩陣分式描述
2.4.1 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：多項(xiàng)式矩陣?yán)碚?br> 2.4.2 傳遞函數(shù)矩陣的Smith-McMillan標(biāo)準(zhǔn)形
2.4.3 傳遞函數(shù)矩陣的矩陣分式描述
2.4.4 傳遞函數(shù)矩陣的零點(diǎn)和極點(diǎn)
2.5 線性定常系統(tǒng)的多項(xiàng)式矩陣描述
2.5.1 多項(xiàng)式矩陣描述及其系統(tǒng)矩陣
2.5.2 其他描述的系統(tǒng)矩陣
2.5.3 系統(tǒng)的零點(diǎn)和極點(diǎn)
2.6 等價(jià)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)
2.6.1 狀態(tài)空間描述的相似變換
2.6.2 嚴(yán)格等價(jià)變換
2.7 線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述
2.7.1 線性離散系統(tǒng)的輸入、輸出描述
2.7.2 線性離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式
2.7.3 離散系統(tǒng)的多項(xiàng)式矩陣描述
小結(jié)
習(xí)題
第3章 線性控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)
3.1 引言
3.2 線性定常連續(xù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析
3.2.1 線性定常齊次狀態(tài)方程的解
3.2.2 矩陣指數(shù)函數(shù)的性質(zhì)及其計(jì)算方法
3.2.3 線性定常非齊次狀態(tài)方程的解
3.2.4 線性定常連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和基本解陣
3.2.5 線性定常系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)矩陣
3.3 線性時(shí)變連續(xù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析
3.3.1 線性時(shí)變系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
3.3.2 線性時(shí)變非齊次狀態(tài)方程的解
3.4 線性離散時(shí)間系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣及其運(yùn)動(dòng)分析
3.4.1 遞推法求解狀態(tài)響應(yīng)
3.4.2 Z變換法求解狀態(tài)響應(yīng)
3.5 線性連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)間離散化
小結(jié)
習(xí)題
第4章 線性系統(tǒng)的能控性與能觀測(cè)性
4.1 引言
4.2 線性連續(xù)系統(tǒng)能控性的定義及判據(jù)
4.2.1 能控性的定義
4.2.2 線性定常連續(xù)系統(tǒng)能控性判據(jù)
4.2.3 線性時(shí)變連續(xù)系統(tǒng)能控性判據(jù)
4.3 線性連續(xù)系統(tǒng)能觀測(cè)性的定義及判據(jù)
4.3.1 能觀測(cè)性定義
4.3.2 線性定常連續(xù)系統(tǒng)能觀測(cè)性判據(jù)
4.3.3 線性時(shí)變連續(xù)系統(tǒng)能觀測(cè)性判據(jù)
4.4 系統(tǒng)能控性和能觀測(cè)性的對(duì)偶原理
4.4.1 對(duì)偶系統(tǒng)
4.4.2 對(duì)偶原理
4.5 線性定常連續(xù)系統(tǒng)的能控性指數(shù)和能觀測(cè)性指數(shù)
4.5.1 能控性指數(shù)和能觀測(cè)性指數(shù)
4.5.2 能控性指數(shù)集和能觀測(cè)性指數(shù)集
4.6 線性定常連續(xù)系統(tǒng)的輸出能控性和輸入能觀測(cè)性
4.6.1 線性定常連續(xù)系統(tǒng)輸出能控性
4.6.2 線性定常連續(xù)系統(tǒng)的輸出函數(shù)能控性
4.6.3 線性定常連續(xù)系統(tǒng)的輸入函數(shù)能觀測(cè)性
4.7 線性定常連續(xù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解
4.7.1 按能控性分解
4.7.2 按能觀測(cè)性分解
4.7.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的規(guī)范分解
4.8 線性離散系統(tǒng)的能控性與能觀測(cè)性
4.8.1 線性定常離散系統(tǒng)能控性的秩判據(jù)
4.8.2 線性定常離散系統(tǒng)能觀測(cè)性的秩判據(jù)
4.8.3 離散化線性定常系統(tǒng)的能控性與能觀測(cè)性
4.9 線性定常系統(tǒng)的能控標(biāo)準(zhǔn)形與能觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)形
4.9.1 SISO線性定常連續(xù)系統(tǒng)的能控標(biāo)準(zhǔn)形與能觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)形
4.9.2 MIMO線性定常連續(xù)系統(tǒng)的能控標(biāo)準(zhǔn)形和能觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)形
4.10 能控性與能觀測(cè)性的頻域判據(jù)
小結(jié)
習(xí)題
第5章 傳遞函數(shù)矩陣和多項(xiàng)式矩陣描述的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)
5.1 引言
5.2 傳遞函數(shù)的基本實(shí)現(xiàn)方法
5.2.1 傳遞函數(shù)實(shí)現(xiàn)的級(jí)聯(lián)法
5.2.2 傳遞函數(shù)實(shí)現(xiàn)的串聯(lián)法
5.2.3 傳遞函數(shù)實(shí)現(xiàn)的并聯(lián)法
5.3 傳遞函數(shù)矩陣的能控標(biāo)準(zhǔn)形和能觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)形實(shí)現(xiàn)
5.4 傳遞函數(shù)矩陣最小實(shí)現(xiàn)的方法
5.4.1 降階法
5.4.2 傳遞函數(shù)矩陣的約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)形最小實(shí)現(xiàn)
5.5 基于矩陣分式描述的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)
5.5.1 矩陣分式描述的真性和嚴(yán)真性
5.5.2 右MFD的控制器形實(shí)現(xiàn)
5.5.3 左MFD的觀測(cè)器形實(shí)現(xiàn)
5.5.4 既約MFD及其最小實(shí)現(xiàn)
5.6 基于多項(xiàng)式矩陣描述的實(shí)現(xiàn)
小結(jié)
習(xí)題
第6章 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
6.1 引言
6.2 李亞普諾夫穩(wěn)定性理論
6.2.1 平衡狀態(tài)
6.2.2 李亞普諾夫穩(wěn)定性定義
6.2.3 李亞普諾夫第二法的主要定理
6.3 構(gòu)造李亞普諾夫函數(shù)的規(guī)則化方法
6.3.1 克拉索夫斯基方法
6.3.2 變量梯度法
6.4 線性連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的零輸入穩(wěn)定性
6.4.1 線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)
6.4.2 線性時(shí)變系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)
6.5 線性系統(tǒng)的外部穩(wěn)定性
6.5.1 BIBO穩(wěn)定性及其判定
6.5.2 內(nèi)部穩(wěn)定性和外部穩(wěn)定性的關(guān)系
6.6 線性離散系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
6.6.1 BIBO穩(wěn)定性
6.6.2 內(nèi)部穩(wěn)定性
小結(jié)
習(xí)題
第7章 多變量反饋控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間綜合
7.1 引言
7.2 典型的反饋結(jié)構(gòu)及對(duì)系統(tǒng)特性的影響
7.2.1 狀態(tài)反饋與輸出反饋
7.2.2 反饋控制對(duì)能控性與能觀測(cè)性的影響
7.3 狀態(tài)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)配置
7.3.1 單輸入系統(tǒng)的極點(diǎn)配置
7.3.2 多輸入系統(tǒng)的極點(diǎn)配置
7.3.3 狀態(tài)反饋對(duì)系統(tǒng)傳遞函數(shù)矩陣零點(diǎn)的影響
7.4 狀態(tài)反饋配置閉環(huán)系統(tǒng)特征結(jié)構(gòu)
7.5 輸出反饋極點(diǎn)配置
7.6 鎮(zhèn)定問(wèn)題
7.7 漸近跟蹤與抗干擾控制器設(shè)計(jì)
7.7.1 漸近跟蹤與抗干擾控制器問(wèn)題的描述
7.7.2 參考輸入和擾動(dòng)信號(hào)建模
7.7.3 內(nèi)模原理及魯棒控制器設(shè)計(jì)
7.8 基于狀態(tài)反饋的輸入-輸出解耦控制
7.8.1 系統(tǒng)狀態(tài)反饋解耦的充分必要條件
7.8.2 對(duì)積分型解耦系統(tǒng)附加狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)配置
7.9 狀態(tài)觀測(cè)器
7.9.1 全維狀態(tài)觀測(cè)器
7.9.2 降維狀態(tài)觀測(cè)器
7.10 采用狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)
7.11 線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器
7.11.1 定常線性最優(yōu)調(diào)節(jié)器
7.11.2 無(wú)限時(shí)間定常輸出調(diào)節(jié)器
小結(jié)
習(xí)題
第8章 線性多變量定常系統(tǒng)復(fù)頻域分析與設(shè)計(jì)
8.1 引言
8.2 組合系統(tǒng)的頻域描述
8.2.1 組合系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣
8.2.2 組合系統(tǒng)的多項(xiàng)式矩陣描述
8.3 組合系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性
8.3.1 并聯(lián)系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性判據(jù)
8.3.2 串聯(lián)系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性判據(jù)
8.3.3 輸出反饋系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性判據(jù)
8.4 組合系統(tǒng)的穩(wěn)定性
8.4.1 串聯(lián)和并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
8.4.2 輸出反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性
8.5 狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置的復(fù)頻域設(shè)計(jì)
8.5.1 單變量系統(tǒng)
8.5.2 多變量系統(tǒng)
8.6 輸入-輸出反饋動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器設(shè)計(jì)
8.7 單位輸出反饋系統(tǒng)串聯(lián)補(bǔ)償器設(shè)計(jì)
8.7.1 單變量單位輸出反饋系統(tǒng)串聯(lián)補(bǔ)償器設(shè)計(jì)
8.7.2 單輸入系統(tǒng)或單輸出系統(tǒng)輸出反饋極點(diǎn)配置補(bǔ)償器的綜合
8.7.3 多輸入多輸出系統(tǒng)輸出反饋極點(diǎn)配置補(bǔ)償器的綜合
8.8 單位輸出反饋系統(tǒng)的串聯(lián)補(bǔ)償器解耦
小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
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