《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》主要介紹控制系統(tǒng)基本理論和相關(guān)知識，包括一般控制系統(tǒng)狀態(tài)空間描述及其表達(dá)式、線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、能觀性和能控性分析、狀態(tài)反饋與觀測以及控制系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)等內(nèi)容。全書內(nèi)容系統(tǒng)，概念準(zhǔn)確、公式規(guī)范，理論結(jié)合工程實(shí)踐，每章都安排了一節(jié)利用MATLAB對線性系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)和內(nèi)容，實(shí)用性強(qiáng)。
姜萬錄，燕山大學(xué)機(jī)電控制工程系，教授、博導(dǎo)，81年9月－85年7月，東重檢測技術(shù)與儀器專業(yè)，本科學(xué)習(xí)
85年7月－87年8月，東重檢測教研室，助教
87年9月－90年3月，燕大電力傳動及自動化專業(yè)，攻讀碩士學(xué)位
90年3月－91年12月，燕大液壓教研室，助教
91年12月－98年9月，燕大液壓教研室，講師
98年9月－00年12月，燕大機(jī)電控制工程研究所（液壓），副教授
00年12月－03年3月，燕大機(jī)電控制工程研究所（液壓），教授
03年3月－10年2月，燕大機(jī)電控制工程研究所（液壓），教授、博士生導(dǎo)師
10年3月－今，燕大機(jī)電控制工程系（液壓），教授、博士生導(dǎo)師
期間：
95年9月－01年8月，燕大機(jī)械電子工程專業(yè)，攻讀博士學(xué)位
05年12月－06年11月，英國University of Leicester訪問學(xué)者
科研獲獎：
1.“冷帶軋機(jī)高精度液壓厚度自動控制（液壓AGC）系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”，2009年國家科技進(jìn)步二等獎（個(gè)人獲獎證書號：2009-J-216-2-08-R02）。第2名。
2.“1450mm五機(jī)架冷連軋機(jī)高精度厚度自動控制（液壓AGC）系統(tǒng)研制”，2008年機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會科技進(jìn)步二等獎（個(gè)人獲獎證書號：0804008-02）。第2名。
3.“單機(jī)架冷帶軋機(jī)高精度液壓厚度自動控制（AGC）系統(tǒng)研制”，2008年河北省科技進(jìn)步一等獎（個(gè)人獲獎證書號：2008JB1005-3）。第3名。
4.“小波混沌弱信號檢測及信息融合技術(shù)研究”，2006年河北省科技進(jìn)步三等獎（個(gè)人獲獎證書號：2006JB3142-04）。第4名。
5.“基于弱信號檢測及信息融合的機(jī)械故障及趨勢預(yù)報(bào)”，2006年中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)三等獎（個(gè)人獲獎證書號：0603009-04）。第4名。
6. 攀枝花西南精密帶鋼廠“IGC650HCW冷帶軋機(jī)成套設(shè)備研制及關(guān)鍵技術(shù)研究”，1997年鑒定，1998年12月獲國家機(jī)械工業(yè)局科技進(jìn)步一等獎（個(gè)人獲獎證書號：9804032-08），1999年12月獲國家科技進(jìn)步二等獎（個(gè)人獲獎證書號：05-2-003-08）。負(fù)責(zé)電控、電測系統(tǒng)。第8名。
7. 大慶石化總廠機(jī)械廠“千噸水壓機(jī)控制系統(tǒng)更新及可靠性研究”， 1999年鑒定，2000年8月秦皇島市科技進(jìn)步二等獎(個(gè)人獲獎證書號：2000206-3)，2000年12月河北省科技進(jìn)步二等獎(個(gè)人獲獎證書號：20002006-3)。電控系統(tǒng)負(fù)責(zé)人。第3名。
8. 慶石化總廠“工程機(jī)械液壓元件綜合試驗(yàn)臺”。伺服電測系統(tǒng)負(fù)責(zé)人，1997年鑒定，1998年國家機(jī)械工業(yè)局科技進(jìn)步三等獎。
9. 虛擬儀器技術(shù)在液壓CAT中的應(yīng)用,2001年11月獲1996～2001年度中國機(jī)械工程學(xué)會論文一等獎。
榮譽(yù)稱號：
1. 1996年秋至1998年秋機(jī)械工程學(xué)院教學(xué)一等獎。
2. 2000年入選教育部高等學(xué)校骨干教師資助計(jì)劃。
3. 2001年被評為秦皇島市年輕學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人。
4. 2001年獲得河北省中青年骨干教師津貼。
5. 2010年河北省“三三三人才工程”第二層次人選。
6. 2011年第六批河北省省管專家
社會兼職：
1. 中國機(jī)械工程學(xué)會流體傳動與控制分會委員
2. 中國人工智能學(xué)會智能控制與智能管理專業(yè)委員會委員
3. 河北省青年科技工作者協(xié)會第二屆理事會理事
4. 中國機(jī)械工程學(xué)會高級會員
5. 中國計(jì)量測試學(xué)會會員
第1章緒論/001
1.1控制理論的產(chǎn)生及其發(fā)展歷程001
1.1.1經(jīng)典控制理論階段001
1.1.2現(xiàn)代控制理論階段002
1.1.3大系統(tǒng)理論和智能控制理論階段003
1.1.4網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)理論階段004
1.2現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典控制理論的區(qū)別005
1.3現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容005
1.3.1線性系統(tǒng)理論006
1.3.2系統(tǒng)辨識006
1.3.3最優(yōu)濾波理論006
1.3.4最優(yōu)控制007
1.3.5自適應(yīng)控制007
第2章線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述/009
2.1狀態(tài)空間描述的概念009
2.1.1狀態(tài)空間描述的基本概念009
2.1.2控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述舉例010
2.1.3線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述的一般形式013
2.1.4狀態(tài)空間描述的特點(diǎn)015
2.2線性系統(tǒng)的時(shí)域微分方程化為狀態(tài)空間表達(dá)式015
2.2.1微分方程右端不包含輸入變量的各階導(dǎo)數(shù)016
2.2.2微分方程右端包含輸入變量的各階導(dǎo)數(shù)017
2.3線性系統(tǒng)的頻域傳遞函數(shù)化為狀態(tài)空間表達(dá)式019
2.3.1系統(tǒng)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)為兩兩相異的單根019
2.3.2系統(tǒng)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)為重根020
2.3.3系統(tǒng)傳遞函數(shù)同時(shí)具有單極點(diǎn)和重極點(diǎn)022
2.4根據(jù)線性系統(tǒng)的狀態(tài)變量圖列寫狀態(tài)空間表達(dá)式023
2.4.1一階線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式023
2.4.2二階線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式025
2.4.3n階線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式026
2.5根據(jù)線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖導(dǎo)出狀態(tài)空間表達(dá)式028
2.6將線性系統(tǒng)狀態(tài)方程化為標(biāo)準(zhǔn)形式030
2.6.1線性系統(tǒng)的特征值及其不變性030
2.6.2將線性系統(tǒng)狀態(tài)方程化為對角標(biāo)準(zhǔn)型031
2.6.3將線性系統(tǒng)狀態(tài)方程化為約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型035
2.7基于MATLAB的控制系統(tǒng)狀態(tài)空間描述037
2.7.1利用MATLAB描述控制系統(tǒng)模型037
2.7.2狀態(tài)空間表達(dá)式與傳遞函數(shù)矩陣的相互轉(zhuǎn)換039
2.7.3系統(tǒng)的線性變換041
2.7.4系統(tǒng)模型的連接043
2.8小結(jié)044
習(xí)題045
第3章線性控制系統(tǒng)的運(yùn)動與離散化/048
3.1線性定常系統(tǒng)的自由運(yùn)動048
3.1.1自由運(yùn)動的定義048
3.1.2自由運(yùn)動的討論048
3.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣eAt的計(jì)算方法049
3.2.1根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的定義求解050
3.2.2用拉普拉斯反變換法求解050
3.2.3將eAt化為A的有限多項(xiàng)式來求解050
3.2.4通過非奇異變換法求解052
3.3線性定常系統(tǒng)的受控運(yùn)動054
3.4線性時(shí)變連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程求解057
3.4.1時(shí)變齊次狀態(tài)方程的解057
3.4.2線性時(shí)變系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣061
3.4.3線性時(shí)變系統(tǒng)非齊次狀態(tài)方程的解062
3.5離散時(shí)間系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述064
3.5.1將標(biāo)量差分方程化為狀態(tài)空間表達(dá)式065
3.5.2將脈沖傳遞函數(shù)化為狀態(tài)空間表達(dá)式067
3.5.3離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的一般形式068
3.6離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解069
3.6.1迭代法069
3.6.2z反變換法070
3.7線性連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的離散化072
3.7.1時(shí)域中線性連續(xù)系統(tǒng)的離散化073
3.7.2頻域中線性連續(xù)系統(tǒng)的離散化077
3.7.3離散化過程中采樣周期T的合理選取078
3.8利用MATLAB求解系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式079
3.8.1連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解079
3.8.2離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解079
3.8.3線性系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的離散化080
3.9小結(jié)082
習(xí)題082
第4章控制系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析/085
4.1李雅普諾夫穩(wěn)定性的基本概念085
4.1.1系統(tǒng)的平衡狀態(tài)085
4.1.2范數(shù)的概念086
4.1.3李雅普諾夫穩(wěn)定性的定義087
4.2李雅普諾夫穩(wěn)定性理論088
4.2.1李雅普諾夫第一法088
4.2.2二次型函數(shù)090
4.2.3李雅普諾夫第二法092
4.3線性系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析095
4.3.1線性定常連續(xù)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定判據(jù)095
4.3.2線性時(shí)變連續(xù)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定判據(jù)099
4.3.3線性定常離散系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定判據(jù)099
4.3.4線性時(shí)變離散系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定判據(jù)100
4.4非線性系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析101
4.4.1雅可比矩陣法101
4.4.2變量梯度法103
4.5利用MATLAB分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性109
4.6小結(jié)111
習(xí)題112
第5章線性控制系統(tǒng)的能控性和能觀測性/114
5.1能控性與能觀測性的定義114
5.1.1能控性的定義114
5.1.2能觀測性的定義115
5.2線性定常連續(xù)系統(tǒng)的能控性116
5.2.1具有對角標(biāo)準(zhǔn)型或約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)的能控性判別116
5.2.2利用能控性矩陣判別系統(tǒng)的能控性122
5.3線性定常系統(tǒng)的能觀測性126
5.3.1化成對角標(biāo)準(zhǔn)型或約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型的判別方法126
5.3.2利用能觀測性矩陣判斷系統(tǒng)的能觀測性128
5.4線性時(shí)變系統(tǒng)的能控性和能觀測性129
5.4.1能控性判別129
5.4.2能觀測性判別133
5.4.3與連續(xù)定常系統(tǒng)的判別法則之間的關(guān)系136
5.5線性定常離散系統(tǒng)的能控性和能觀測性137
5.5.1能控性矩陣及能控性判別137
5.5.2能觀測性矩陣及能觀測性判別140
5.6能控性和能觀測性的對偶原理140
5.6.1線性系統(tǒng)的對偶關(guān)系141
5.6.2定常系統(tǒng)的對偶原理142
5.6.3時(shí)變系統(tǒng)的對偶原理142
5.7單輸入單輸出系統(tǒng)的能控標(biāo)準(zhǔn)型和能觀測標(biāo)準(zhǔn)型143
5.7.1能控標(biāo)準(zhǔn)型144
5.7.2能觀測標(biāo)準(zhǔn)型147
5.7.3根據(jù)傳遞函數(shù)確定能控與能觀測標(biāo)準(zhǔn)型149
5.8線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解150
5.8.1按能控性進(jìn)行分解150
5.8.2按能觀測性進(jìn)行分解152
5.8.3按能控性和能觀測性進(jìn)行分解155
5.9系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)161
5.9.1實(shí)現(xiàn)問題的基本概念161
5.9.2能控標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)和能觀測標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)161
5.9.3最小實(shí)現(xiàn)164
5.10傳遞函數(shù)矩陣與能控性和能觀測性之間的關(guān)系168
5.11利用MATLAB分析系統(tǒng)的能控性與能觀測性170
5.12小結(jié)172
習(xí)題173
第6章狀態(tài)負(fù)反饋和狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì)/176
6.1線性反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類別176
6.1.1狀態(tài)負(fù)反饋176
6.1.2輸出負(fù)反饋177
6.1.3從輸出到狀態(tài)向量導(dǎo)數(shù)x· 的負(fù)反饋179
6.1.4閉環(huán)系統(tǒng)的能控性和能觀測性180
6.2閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)配置181
6.2.1采用狀態(tài)負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)配置181
6.2.2采用從輸出到輸入端負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)配置185
6.2.3采用從輸出到狀態(tài)向量導(dǎo)數(shù)x·的負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)配置185
6.2.4多輸入多輸出系統(tǒng)的極點(diǎn)配置187
6.2.5系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題188
6.3系統(tǒng)的解耦控制191
6.3.1串聯(lián)解耦192
6.3.2負(fù)反饋解耦193
6.4狀態(tài)觀測器的設(shè)計(jì)199
6.4.1狀態(tài)重構(gòu)問題199
6.4.2觀測器的存在性201
6.4.3全維觀測器的設(shè)計(jì)202
6.4.4降維觀測器的設(shè)計(jì)204
6.5帶狀態(tài)觀測器的閉環(huán)控制系統(tǒng)208
6.5.1帶狀態(tài)觀測器的閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)208
6.5.2帶狀態(tài)觀測器的閉環(huán)控制系統(tǒng)的特征209
6.6利用MATLAB設(shè)計(jì)系統(tǒng)的狀態(tài)負(fù)反饋和狀態(tài)觀測器212
6.6.1狀態(tài)負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)配置212
6.6.2狀態(tài)觀測器的設(shè)計(jì)213
6.6.3帶狀態(tài)觀測器的閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)配置216
6.7小結(jié)217
習(xí)題218
第7章最優(yōu)控制原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)/221
7.1最優(yōu)控制的基本概念221
7.1.1最優(yōu)控制問題的數(shù)學(xué)描述221
7.1.2最優(yōu)控制的提法223
7.2變分法基礎(chǔ)225
7.2.1泛函與變分225
7.2.2固定端點(diǎn)的變分問題227
7.2.3可變端點(diǎn)的變分問題229
7.3應(yīng)用變分法求解最優(yōu)控制問題234
7.3.1固定端點(diǎn)的最優(yōu)控制問題234
7.3.2可變端點(diǎn)的最優(yōu)控制問題237
7.4極大值原理242
7.4.1連續(xù)系統(tǒng)的極大值原理242
7.4.2離散系統(tǒng)的極大值原理244
7.5線性二次型最優(yōu)控制問題246
7.5.1線性二次型問題247
7.5.2狀態(tài)調(diào)節(jié)器247
7.5.3輸出調(diào)節(jié)器253
7.5.4輸出跟蹤器255
7.6最小時(shí)間系統(tǒng)的控制258
7.7利用MATLAB求解線性二次型最優(yōu)控制問題263
7.8小結(jié)266
習(xí)題267
參考文獻(xiàn)/270
書單推薦
