控制理论引论
出版时间:
2021-10
版次:
1
ISBN:
9787030697257
定价:
109.00
装帧:
平装
开本:
16开
纸张:
胶版纸
页数:
204页
字数:
270.000千字
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《控制理论引论》是一本控制理论入门教材。除了介绍控制理论研究所需的预备知识，主要介绍了线性控制系统理论和控制理论中的基本理论和方法，另外对非线性控制理论也做了初步的介绍。《控制理论引论》共分9章。第1章介绍控制理论发展史。第2章介绍控制理论研究所需的预备知识，主要包括矩阵的张量积、线性系统的Routh-Hurwitz定理及常微分方程的几何理论和稳定性理论。第3～7章讲述线性控制系统理论，主要包括系统的数学描述、能控能观性分析、系统的标准型与实现和极点配置与观测器设计。第8章讲述变分法与控制。第9章初步介绍了非线性控制系统理论。另外还有7个附录，以适应读者的进一步要求。 目录
前言
第1章 控制理论发展史简介 1
第2章 预备知识 4
2.1 线性代数基础 4
2.1.1 方阵与特征值 4
2.1.2 矩阵的Kronecker积 4
2.1.3 矩阵函数 6
2.1.4 矩阵微分方程与矩阵方程 6
2.2 Gronwall不等式与比较原理 8
2.2.1 Gronwall不等式 8
2.2.2 比较原理 11
2.3 常微分方程定性与稳定性理论 12
2.3.1 轨线与相空间 12
2.3.2 极限环与旋转度 14
2.3.3 极限集与Poincare-Bendixson定理 18
2.3.4 李雅普诺夫稳定性 20
2.3.5 LaSalle不变原理 26
2.4 线性系统的稳定性 28
2.4.1 Routh-Hurwitz判据 28
2.4.2 李雅普诺夫函数法 30
思考与练习 32
第3章 线性控制系统的数学描述 35
3.1 传递函数法 35
3.1.1 Laplace变换 35
3.1.2 传递函数 36
3.1.3 脉冲响应函数 38
3.2 状态空间法 39
3.2.1 时变线性系统 39
3.2.2 定常线性系统 41
3.2.3 线性系统的等价性 42
3.2.4 复合系统的数学模型 43
思考与练习 46
第4章 线性系统的能控性 49
4.1 能控性的定义 49
4.2 能控性判据 52
4.3 定常系统能控性判据 56
4.3.1 代数判据 56
4.3.2 几何判据 60
思考与练习 62
第5章 线性系统的能观测性 63
5.1 能观测性的定义 63
5.2 能观测性判据 66
5.3 对偶原理 68
5.4 定常系统能观测性判据 69
5.4.1 代数判据 69
5.4.2 几何判据 70
思考与练习 72
第6章 定常线性系统标准型与实现 73
6.1 定常线性系统的标准结构 73
6.1.1 能控性标准结构 73
6.1.2 能观测性标准结构 77
6.1.3 能控能观测标准结构 78
6.2 单输入单输出系统的标准型 79
6.2.1 能控性标准型 79
6.2.2 能观测性标准型 82
6.3 定常线性系统的实现 84
思考与练习 91
第7章 极点配置与观测器设计 92
7.1 状态反馈 92
7.2 状态反馈极点配置 94
7.3 系统镇定 98
7.4 输出反馈 98
7.4.1 静态输出反馈 99
7.4.2 动态输出反馈与极点配置 100
7.5 状态观测器 102
7.6 极小阶观测器 106
7.7 分离原理 109
思考与练习 111
第8章 变分法与控制 113
8.1 函数极值 113
8.2 三个著名例子 114
8.3 Euler-Lagrange方程 116
8.4 两种可解情形 119
8.4.1 f中y不显式出现 119
8.4.2 f中x不显式出现 120
8.5 高阶导数情形 121
8.6 多因变量情形 122
8.7 等周问题 124
8.8 广义等周问题 127
8.8.1 高阶导数情形 127
8.8.2 多等周约束情形 128
8.8.3 多因变量情形 129
8.9 自然边界情形 129
8.9.1 端点值可变情形 130
8.9.2 一般情形 131
8.9.3 横截条件 136
8.10 微分约束情形 137
8.11 动态系统的控制 140
8.11.1 终点时刻给定，状态自由 140
8.11.2 终点时刻自由，状态受约束 141
8.12 线性二次型性能指标控制 144
8.12.1 时变系统有限时间的控制 144
8.12.2 时变系统无限时间的控制 148
8.12.3 定常系统无限时间控制的稳定性 151
思考与练习 153
第9章 非线性控制系统理论初步 156
9.1 近似线性化法 156
9.2 精确反馈线性化 157
9.2.1 输入-状态可线性化 158
9.2.2 输入-输出线性化 162
9.3 Backstepping法 164
9.4 非线性系统的全局能控性 167
9.4.1 单输入平面系统 167
9.4.2 具有三角形结构的高维系统 173
思考与练习 174
参考文献 175
附录A 177
A.1 Poincare-Bendixson定理的证明 177
A.2 比例控制与稳态偏差 180
A.3 小相位系统 181
A.4 预解矩阵的计算 182
A.5 多输入多输出线性系统的标准型 185
A.5.1 Luenberger标准型 185
A.5.2 三角形标准型 190
A.6 动态反馈极点配置定理7.3 的证明 193
A.7 矩阵Riccati方程的解 197
A.7.1 矩阵Riccati微分方程解的存在性 197
A.7.2 用线性微分方程求解矩阵Riccati微分方程 198
A.7.3 矩阵代数Riccati方程的迭代法 199
A.7.4 矩阵代数Riccati方程的广义特征向量法 200
索引 202
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内容简介:
《控制理论引论》是一本控制理论入门教材。除了介绍控制理论研究所需的预备知识，主要介绍了线性控制系统理论和控制理论中的基本理论和方法，另外对非线性控制理论也做了初步的介绍。《控制理论引论》共分9章。第1章介绍控制理论发展史。第2章介绍控制理论研究所需的预备知识，主要包括矩阵的张量积、线性系统的Routh-Hurwitz定理及常微分方程的几何理论和稳定性理论。第3～7章讲述线性控制系统理论，主要包括系统的数学描述、能控能观性分析、系统的标准型与实现和极点配置与观测器设计。第8章讲述变分法与控制。第9章初步介绍了非线性控制系统理论。另外还有7个附录，以适应读者的进一步要求。
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目录:
目录
前言
第1章 控制理论发展史简介 1
第2章 预备知识 4
2.1 线性代数基础 4
2.1.1 方阵与特征值 4
2.1.2 矩阵的Kronecker积 4
2.1.3 矩阵函数 6
2.1.4 矩阵微分方程与矩阵方程 6
2.2 Gronwall不等式与比较原理 8
2.2.1 Gronwall不等式 8
2.2.2 比较原理 11
2.3 常微分方程定性与稳定性理论 12
2.3.1 轨线与相空间 12
2.3.2 极限环与旋转度 14
2.3.3 极限集与Poincare-Bendixson定理 18
2.3.4 李雅普诺夫稳定性 20
2.3.5 LaSalle不变原理 26
2.4 线性系统的稳定性 28
2.4.1 Routh-Hurwitz判据 28
2.4.2 李雅普诺夫函数法 30
思考与练习 32
第3章 线性控制系统的数学描述 35
3.1 传递函数法 35
3.1.1 Laplace变换 35
3.1.2 传递函数 36
3.1.3 脉冲响应函数 38
3.2 状态空间法 39
3.2.1 时变线性系统 39
3.2.2 定常线性系统 41
3.2.3 线性系统的等价性 42
3.2.4 复合系统的数学模型 43
思考与练习 46
第4章 线性系统的能控性 49
4.1 能控性的定义 49
4.2 能控性判据 52
4.3 定常系统能控性判据 56
4.3.1 代数判据 56
4.3.2 几何判据 60
思考与练习 62
第5章 线性系统的能观测性 63
5.1 能观测性的定义 63
5.2 能观测性判据 66
5.3 对偶原理 68
5.4 定常系统能观测性判据 69
5.4.1 代数判据 69
5.4.2 几何判据 70
思考与练习 72
第6章 定常线性系统标准型与实现 73
6.1 定常线性系统的标准结构 73
6.1.1 能控性标准结构 73
6.1.2 能观测性标准结构 77
6.1.3 能控能观测标准结构 78
6.2 单输入单输出系统的标准型 79
6.2.1 能控性标准型 79
6.2.2 能观测性标准型 82
6.3 定常线性系统的实现 84
思考与练习 91
第7章 极点配置与观测器设计 92
7.1 状态反馈 92
7.2 状态反馈极点配置 94
7.3 系统镇定 98
7.4 输出反馈 98
7.4.1 静态输出反馈 99
7.4.2 动态输出反馈与极点配置 100
7.5 状态观测器 102
7.6 极小阶观测器 106
7.7 分离原理 109
思考与练习 111
第8章 变分法与控制 113
8.1 函数极值 113
8.2 三个著名例子 114
8.3 Euler-Lagrange方程 116
8.4 两种可解情形 119
8.4.1 f中y不显式出现 119
8.4.2 f中x不显式出现 120
8.5 高阶导数情形 121
8.6 多因变量情形 122
8.7 等周问题 124
8.8 广义等周问题 127
8.8.1 高阶导数情形 127
8.8.2 多等周约束情形 128
8.8.3 多因变量情形 129
8.9 自然边界情形 129
8.9.1 端点值可变情形 130
8.9.2 一般情形 131
8.9.3 横截条件 136
8.10 微分约束情形 137
8.11 动态系统的控制 140
8.11.1 终点时刻给定，状态自由 140
8.11.2 终点时刻自由，状态受约束 141
8.12 线性二次型性能指标控制 144
8.12.1 时变系统有限时间的控制 144
8.12.2 时变系统无限时间的控制 148
8.12.3 定常系统无限时间控制的稳定性 151
思考与练习 153
第9章 非线性控制系统理论初步 156
9.1 近似线性化法 156
9.2 精确反馈线性化 157
9.2.1 输入-状态可线性化 158
9.2.2 输入-输出线性化 162
9.3 Backstepping法 164
9.4 非线性系统的全局能控性 167
9.4.1 单输入平面系统 167
9.4.2 具有三角形结构的高维系统 173
思考与练习 174
参考文献 175
附录A 177
A.1 Poincare-Bendixson定理的证明 177
A.2 比例控制与稳态偏差 180
A.3 小相位系统 181
A.4 预解矩阵的计算 182
A.5 多输入多输出线性系统的标准型 185
A.5.1 Luenberger标准型 185
A.5.2 三角形标准型 190
A.6 动态反馈极点配置定理7.3 的证明 193
A.7 矩阵Riccati方程的解 197
A.7.1 矩阵Riccati微分方程解的存在性 197
A.7.2 用线性微分方程求解矩阵Riccati微分方程 198
A.7.3 矩阵代数Riccati方程的迭代法 199
A.7.4 矩阵代数Riccati方程的广义特征向量法 200
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