線性系統理論與設計(2020年電子工業出版社出版的圖書)

《線性系統理論與設計》是2020年10月電子工業出版社出版的圖書，作者是王宏華，本書可作為電氣信息類專業或相關專業研究生、高年級本科生的教材，也可供相關領域的工程技術人員參考。

基本介紹

• 中文名：線性系統理論與設計
• 作者：王宏華
• 出版社：電子工業出版社
• ISBN：9787121398049

內容簡介

本書力求結合工程背景和物理概念，從統一的角度由淺入深地闡述基於狀態空間法和多變數頻域法的線性多變數系統建模、分析及設計方法。全書共8章，主要內容包括系統的傳遞函式矩陣描述、矩陣分式描述、狀態空間描述和多項式矩陣描述及其相互聯繫，系統運動的定量分析和系統結構性質（能控性、能觀測性、穩定性）的定性分析，傳遞函式矩陣和多項式矩陣描述的實現，多變數反饋控制系統基於狀態空間模型的時域綜合方法和基於多項式矩陣理論的復頻域綜合方法。 本書注重理論聯繫實際，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生的認識規律，通過典型、豐富的例題和習題及MATLAB程式設計，培養和訓練學生分析問題、解決問題的能力，鞏固理論知識並加強工程實用性。本書可作為電氣信息類專業或相關專業研究生、高年級本科生的教材，也可供相關領域的工程技術人員參考。

圖書目錄

第1章 緒論

1.1 系統控制理論的發展

1.1.1 控制理論的研究對象

1.1.2 控制理論發展概述

1.2 線性系統理論的主要分支

1.3 MATLAB線性系統分析及Simulink簡介

1.4 本書綜述

第2章 動態系統的數學描述

2.1 引言

2.2 多變數系統的傳遞函式矩陣描述

2.3 多變數系統的狀態空間描述

2.3.1 系統狀態空間描述的基本概念

2.3.2 動態系統狀態空間表達式的一般形式

2.3.3 線性連續系統狀態空間模型的模擬計算機仿真（狀態變數圖）

2.3.4 由線性定常系統的狀態空間表達式求傳遞函式矩陣

2.3.5 線性連續系統的狀態空間建模示例

2.3.6 由系統高階微分方程或方框圖建立狀態空間模型

2.4 線性定常系統的矩陣分式描述

2.4.1 數學基礎：多項式矩陣理論

2.4.2 傳遞函式矩陣的Smith-McMillan標準形

2.4.3 傳遞函式矩陣的矩陣分式描述

2.4.4 傳遞函式矩陣的零點和極點

2.5 線性定常系統的多項式矩陣描述

2.5.1 多項式矩陣描述及其系統矩陣

2.5.2 其他描述的系統矩陣

2.5.3 系統的零點和極點

2.6 等價動態系統

2.6.1 狀態空間描述的相似變換

2.6.2 嚴格等價變換

2.7 線性離散系統的數學描述

2.7.1 線性離散系統的輸入、輸出描述

2.7.2 線性離散系統的狀態空間表達式

2.7.3 離散系統的多項式矩陣描述

小結

習題

第3章 線性控制系統的動態回響

3.1 引言

3.2 線性定常連續系統的運動分析

3.2.1 線性定常齊次狀態方程的解

3.2.2 矩陣指數函式的性質及其計算方法

3.2.3 線性定常非齊次狀態方程的解

3.2.4 線性定常連續系統的狀態轉移矩陣和基本解陣

3.2.5 線性定常系統的脈衝回響矩陣

3.3 線性時變連續系統的運動分析

3.3.1 線性時變系統的狀態轉移矩陣

3.3.2 線性時變非齊次狀態方程的解

3.4 線性離散時間系統的狀態轉移矩陣及其運動分析

3.4.1 遞推法求解狀態回響

3.4.2 Z變換法求解狀態回響

3.5 線性連續系統的時間離散化

小結

習題

第4章 線性系統的能控性與能觀測性

4.1 引言

4.2 線性連續系統能控性的定義及判據

4.2.1 能控性的定義

4.2.2 線性定常連續系統能控性判據

4.2.3 線性時變連續系統能控性判據

4.3 線性連續系統能觀測性的定義及判據

4.3.1 能觀測性定義

4.3.2 線性定常連續系統能觀測性判據

4.3.3 線性時變連續系統能觀測性判據

4.4 系統能控性和能觀測性的對偶原理

4.4.1 對偶系統

4.4.2 對偶原理

4.5 線性定常連續系統的能控性指數和能觀測性指數

4.5.1 能控性指數和能觀測性指數

4.5.2 能控性指數集和能觀測性指數集

4.6 線性定常連續系統的輸出能控性和輸入能觀測性

4.6.1 線性定常連續系統輸出能控性

4.6.2 線性定常連續系統的輸出函式能控性

4.6.3 線性定常連續系統的輸入函式能觀測性

4.7 線性定常連續系統的結構分解

4.7.1 按能控性分解

4.7.2 按能觀測性分解

4.7.3 系統結構的規範分解

4.8 線性離散系統的能控性與能觀測性

4.8.1 線性定常離散系統能控性的秩判據

4.8.2 線性定常離散系統能觀測性的秩判據

4.8.3 離散化線性定常系統的能控性與能觀測性

4.9 線性定常系統的能控標準形與能觀測標準形

4.9.1 SISO線性定常連續系統的能控標準形與能觀測標準形

4.9.2 MIMO線性定常連續系統的能控標準形和能觀測標準形

4.10 能控性與能觀測性的頻域判據

小結

習題

第5章 傳遞函式矩陣和多項式矩陣描述的狀態空間實現

5.1 引言

5.2 傳遞函式的基本實現方法

5.2.1 傳遞函式實現的級聯法

5.2.2 傳遞函式實現的串聯法

5.2.3 傳遞函式實現的並聯法

5.3 傳遞函式矩陣的能控標準形和能觀測標準形實現

5.4 傳遞函式矩陣小實現的方法

5.4.1 降階法

5.4.2 傳遞函式矩陣的約當標準形小實現

5.5 基於矩陣分式描述的狀態空間實現

5.5.1 矩陣分式描述的真性和嚴真性

5.5.2 右MFD的控制器形實現

5.5.3 左MFD的觀測器形實現

5.5.4 既約MFD及其小實現

5.6 基於多項式矩陣描述的實現

小結

習題

第6章 系統的穩定性分析

6.1 引言

6.2 李亞普諾夫穩定性理論

6.2.1 平衡狀態

6.2.2 李亞普諾夫穩定性定義

6.2.3 李亞普諾夫第二法的主要定理

6.3 構造李亞普諾夫函式的規則化方法

6.3.1 克拉索夫斯基方法

6.3.2 變數梯度法

6.4 線性連續時間系統的零輸入穩定性

6.4.1 線性定常系統的穩定判據

6.4.2 線性時變系統的穩定判據

6.5 線性系統的外部穩定性

6.5.1 BIBO穩定性及其判定

6.5.2 內部穩定性和外部穩定性的關係

6.6 線性離散系統穩定性分析

6.6.1 BIBO穩定性

6.6.2 內部穩定性

小結

習題

第7章 多變數反饋控制系統的狀態空間綜合

7.1 引言

7.2 典型的反饋結構及對系統特性的影響

7.2.1 狀態反饋與輸出反饋

7.2.2 反饋控制對能控性與能觀測性的影響

7.3 狀態反饋閉環系統的極點配置

7.3.1 單輸入系統的極點配置

7.3.2 多輸入系統的極點配置

7.3.3 狀態反饋對系統傳遞函式矩陣零點的影響

7.4 狀態反饋配置閉環系統特徵結構

7.5 輸出反饋極點配置

7.6 鎮定問題

7.7 漸近跟蹤與抗干擾控制器設計

7.7.1 漸近跟蹤與抗干擾控制器問題的描述

7.7.2 參考輸入和擾動信號建模

7.7.3 內模原理及魯棒控制器設計

7.8 基於狀態反饋的輸入-輸出解耦控制

7.8.1 系統狀態反饋解耦的充分必要條件

7.8.2 對積分型解耦系統附加狀態反饋實現極點配置

7.9 狀態觀測器

7.9.1 全維狀態觀測器

7.9.2 降維狀態觀測器

7.10 採用狀態觀測器的狀態反饋系統

7.11 線性二次型調節器

7.11.1 定常線性調節器

7.11.2 無限時間定常輸出調節器

小結

習題

第8章 線性多變數定常系統復頻域分析與設計

8.1 引言

8.2 組合系統的頻域描述

8.2.1 組合系統的傳遞函式矩陣

8.2.2 組合系統的多項式矩陣描述

8.3 組合系統的能控性和能觀測性

8.3.1 並聯繫統的能控性和能觀測性判據

8.3.2 串聯繫統的能控性和能觀測性判據

8.3.3 輸出反饋系統的能控性和能觀測性判據

8.4 組合系統的穩定性

8.4.1 串聯和並聯繫統的穩定性

8.4.2 輸出反饋系統的穩定性

8.5 狀態反饋極點配置的復頻域設計

8.5.1 單變數系統

8.5.2 多變數系統

8.6 輸入-輸出反饋動態補償器設計

8.7 單位輸出反饋系統串聯補償器設計

8.7.1 單變數單位輸出反饋系統串聯補償器設計

8.7.2 單輸入系統或單輸出系統輸出反饋極點配置補償器的綜合

8.7.3 多輸入多輸出系統輸出反饋極點配置補償器的綜合

8.8 單位輸出反饋系統的串聯補償器解耦

小結

習題

參考文獻

作者簡介

王宏華，河海大學教授。多年來一直從事先進控制理論及套用、運動控制系統、新型交直流電力傳動、電能質量監控及節能新技術、電力電子系統的控制等方面科研與教學工作。