《現代控制理論》是由石海彬編著，2015年12月清華大學出版社出版的全國莆田高校自動化類專業規劃教材。該教材可作為高等院校自動控制及相關專業本科高年級學生和研究生的教材或參考書。
《現代控制理論》立足於時間域的狀態空間理論，介紹了線性控制系統的分析和設計理論。第1章介紹控制系統的狀態空間描述；第2章是線性控制系統的狀態回響；第3章詳細剖析線性控制系統的能控性和能觀測性；第4章給出了自治系統的Lyapunov穩定性概念和判別方法；第5章從概念和方法上給出了線性系統的設計理論，包括極點配置，線性二次型最優控制、解耦控制、狀態觀測器等內容；第6章對離散控制系統進行了扼要介紹。
基本介紹
- 書名：現代控制理論
- 作者：石海彬
- 類別：全國莆田高校自動化類專業規劃教材
- 出版社：清華大學出版社
- 出版時間：2015年12月1日
- 開本：16 開
- 裝幀：平裝
- ISBN：9787302422709
- CIP核字號：2015283746
- 字數：275千字
成書過程,內容簡介,教材目錄,教學資源,教材特色,作者簡介,
成書過程
2015年12月，該教材由清華大學出版社出版。
責任編輯 | 封面設計 | 責任校對 | 責任印製 |
|---|---|---|---|
梁穎 | 李召霞 | 梁毅 | 劉海龍 |
內容簡介
《現代控制理論》立足於時間域的狀態空間理論，介紹了線性控制系統的分析和設計理論。緒論部分介紹了控制理論的發展歷程和現代控制理論的內容與定位；第1章介紹控制系統的狀態空間描述；第2章是線性控制系統的狀態回響；第3章詳細剖析線性控制系統的能控性和能觀測性；第4章給出了自治系統的Lyapunov穩定性概念和判別方法；第5章從概念和方法上給出了線性系統的設計理論，包括極點配置，線性二次型最優控制、解耦控制、狀態觀測器等內容；第6章對離散控制系統進行了扼要介紹。
教材目錄
0.1系統與自動控制 0.2控制理論的發展歷程 0.3本書的內容安排 第1章控制系統的狀態空間描述 1.1系統描述中的基本概念 1.2狀態空間描述的基本概念 1.3線性定常系統的傳遞函式矩陣 1.4狀態空間表達式的建立 1.4.1由高階微分方程建立狀態空間表達式 1.4.2由傳遞函式建立狀態空間表達式 1.4.3機理建模 1.5組合系統的狀態空間描述 1.6狀態向量的可逆變換 本章小結 習題1 第2章線性控制系統的狀態回響 2.1狀態回響概述 2.2定常自治系統的狀態回響 2.3矩陣指數的計算 2.4時變自治系統的狀態回響 2.5線性自治系統的狀態轉移矩陣 2.6線性控制系統的狀態回響 本章小結 習題2 第3章線性控制系統的能控性和能觀測性 3.1能控性和能觀測性概述 3.2能控性的一般概念 3.3時變控制系統的能控性 3.4定常控制系統的能控性 3.5能觀測性的一般概念 3.6時變控制系統的能觀測性和對偶原理 3.7定常控制系統的能觀測性 3.8能觀測性的時間順序 3.9能控標準型和能觀測標準型 3.10傳遞函式矩陣與能控能觀測 3.11線性定常控制系統的結構分解 本章小結 習題3 第4章系統運動的穩定性 4.1外部穩定性和內部穩定性 4.2Lyapunov穩定性理論的基本概念 4.3Lyapunov第二方法： 直接方法 4.3.1定常非線性系統的穩定性 4.3.2時變非線性系統的穩定性 4.3.3解讀第二方法 4.3.4Krasovskii定理 | 4.4線性系統的穩定性 4.5Lyapunov第一方法： 間接方法 4.6Lyapunov方程的擴展套用： 衰減上界和吸引區的估計 4.6.1漸近穩定系統衰減率的估計 4.6.2吸引區的估計 4.7穩定性概念的擴展： 指數穩定和有界性 本章小結 習題4 第5章線性系統的反饋控制 5.1狀態反饋和輸出反饋 5.2極點配置 5.3狀態反饋解耦 5.3.1解耦的基本概念和要求 5.3.2可解耦條件和控制律設計 5.3.3結合極點配置的解耦控制 5.4線性二次型最優控制 5.5狀態觀測器 5.5.1狀態觀測器的一般概念 5.5.2開環狀態觀測器 5.5.3閉環狀態觀測器 5.5.4降維閉環狀態觀測器 5.6基於觀測器的狀態反饋系統 5.6.1閉環系統和分離原理 5.6.2閉環系統的傳遞函式矩陣 5.6.3基於觀測器的反饋與動態輸出反饋 5.7系統鎮定 5.8針對系統外部擾動的控制律設計 5.8.1調節器問題 5.8.2外部信號狀態可測量的控制律設計 5.8.3外擾狀態觀測器 5.9魯棒調節器 5.9.1常值擾動的魯棒調節器 5.9.2魯棒調節器的頻域性質 5.9.3一般魯棒調節器的構造 本章小結 習題5 第6章離散系統的分析與設計 6.1離散系統的狀態空間描述 6.2離散線性系統的狀態回響 6.3離散系統的能控性和能觀測性 6.4離散系統的Lyapunov穩定性 6.5離散線性系統的設計 本章小結 習題6 參考文獻 |
參考資料：
教學資源
- 配套教材
該教材有配套教材——《現代控制理論習題詳解與評註》。
書名 | 書號 | 出版社 | 出版時間 | 作者 |
|---|---|---|---|---|
《現代控制理論習題詳解與評註》 | 9787302537700 | 清華大學出版社 | 2020.07.01 | 石海彬 |
教材特色
該教材在一些概念、思想、表述、方法上避免簡單傳抄、人云亦云，而是深刻剖析精神實質，並用簡練通俗的語言分層表述。
具體內容方面，部分特色之處簡述如下。
- 第1章講述控制系統的狀態空間模型：①結合基礎的傳遞函式和高階微分方程描述，首次明確了狀態變數的數學和物理本質；②在串聯分解和並聯分解中補充了共軛復根以及共軛復根疊加重根的情況。相對於以往教材，這部分內容更為完整。
- 第2章講述控制系統的狀態回響：①考慮工科學生的特點，簡化推導，避免以往教材過於數學化的處理方式；②指出了矩陣指數有限項多項式展開中係數未必線性無關；③指出了初態回響和輸入回響的內在聯繫；④結合實例指出虛軸極點導致等幅振盪這一誤區；⑤強調了系統初始時刻的相對性，為能控能觀、穩定性等後續概念打好基礎。
- 第3章講述控制系統的能控性和能觀測性：①以全新的視角剖析了能控能觀測的時間、空間特性；②強調了以往教材絕少提及的能觀測概念的時間順序問題，並作為單獨一節，從而使能觀測性概念真正和套用聯繫起來；③強調了能控能觀測主要是針對系統外部信號，針對的是擴張系統和擴張狀態。這樣就打消了學生由於實際被控對象能控能觀測而產生的能控能觀無用論。
- 第4章講述自治系統的穩定性理論：①以不同的視角剖析了穩定性的時間、空間特性；②強調了李雅普諾夫（Lyapunov）穩定、漸近穩定和不發散的關係，指出Lyapunov穩定等價於不發散這一誤區；③給出了Lyapunov第二方法的簡單數學本質，在此過程中指出了關於吸引域的一個常見誤區。
- 第5章講述線性控制系統的設計理論：①以全新的視角補充了靜態輸出反饋和動態輸出反饋的概念、功能、設計特點，拉近理論和套用的距離；②給出了狀態觀測器的一般概念，使學生做到透徹理解，並從概念上指出了狀態觀測器系統輸出方程的一個常見誤區。
- 第6章講述離散控制系統：指出離散情形由於系統矩陣未必可逆導致的狀態轉移矩陣未必可逆，使得與連續系統相平行的能控性判據失去了必要性，僅為充分條件。
