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书  名:现代控制理论基础(第2版)
  • 作  者: 石海彬
  • 出版时间: 2018-03-01
  • 出 版 社: 清华大学出版社
  • 字  数: 283 千字
  • 印  次: 2-1
  • 印  张: 11.75
  • 开  本: 16开
  • ISBN: 9787302486855
  • 装  帧: 平装
  • 定  价:¥35.00
电子书价:¥24.50 折扣:70折 节省:¥10.50 vip价:¥24.50 电子书大小:16.61M
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内容简介
  本书立足于时间域的状态空间概念,系统地介绍了线性控制系统的分析和设计理论。绪论部分介绍了控制理论的发展历程和现代控制理论的内容与定位; 第1章介绍控制系统的状态空间模型; 第2章介绍了线性控制系统的状态响应; 第3章详细剖析控制系统的能控性和能观测性; 第4章给出了自治系统的Lyapunov稳定性概念和判别方法; 第5章从概念和方法上给出了线性系统的设计理论,包括极点配置,线性二次型最优控制、解耦控制、状态观测器等内容; 第6章对离散控制系统进行了扼要介绍。
本书结构清晰、层次分明,注重基本概念、基本思想和基本方法,可作为高等院校自动控制及相关专业本科高年级学生和研究生的教材或参考书。
前言
  
第2版前言

“现代控制理论”课程是高校自动化及相关专业的必修课程之一; 其中基于状态空间理论的动力学系统分析与综合,也是国际众多名校自动化、电气等学科知识体系的重要组成部分。
本教材的第1版,融入了多年来教学过程中师生的共同思考,在一些概念、思想、表述、方法上避免简单重复、人云亦云,深刻剖析精神实质,运用简练通俗的语言分层表述,指出了以往教材不曾强调的很多常见误区。由于内容的新颖性,经两届教学使用,受到了学生们的好评,实现了预期的目标。
同时,在第1版教材的使用过程中,经过师生进一步的问答交流和学生们理论联系实际的科技实践活动,又有一些新观点、新理念被陆续提出、充分讨论和细致论证,同时发现一些新误区。再版教材能够让这些新知识面向更为广泛的受众,使之接受大家的检验,进而启发更多的学生思考、评判并提出改进意见。
这次再版,把第1版两年使用过程中的新观点、新理念、新结论以及新误区写入其中。与第1版相比,在指导思想上,一脉相承; 在内容安排上,是继承和创新的有机融合; 在文字表述上也进行了局部的修改和完善。
衷心感谢东北大学自动化专业两届学生以及其他院校广大师生读者对第1版教材的积极反馈。这些反馈,正是本教材得以改进和再版的深层动力。欢迎大家各种形式的探讨,继续对第1版和再版教材提出批评指正!
编著者
电子邮件: shihaibin@ise.neu.edu.cn
QQ: 1318352261
2017年10月

第1版前言

“现代控制理论”课程作为高校自动化及相关专业的必修课程和某些专业研究生阶段的选修课程,教材众多。本书特点如下:
指导思想方面,强调融入多年来教学过程中师生的共同思考,在一些概念、思想、表述、方法上避免简单重复、人云亦云,而是深刻剖析精神实质,并用简练通俗的语言分层表述。基于此,本书指出了以往教材不曾强调的一些常见误区,并加以更正。
具体内容方面,部分特色之处简述如下。
第1章讲述控制系统的状态空间模型:
① 结合基础的传递函数和高阶微分方程描述,首次明确了状态变量的数学和物理本质。
② 在串联分解和并联分解中补充了共轭复根以及共轭复根叠加重根的情况。相对于以往教材,这部分内容更为完整。
第2章讲述控制系统的状态响应:
① 考虑工科学生的特点,简化推导,避免以往教材过于数学化的处理方式。
② 指出了矩阵指数有限项多项式展开中系数未必线性无关。
③ 指出了初态响应和输入响应的内在联系。
④ 结合实例指出虚轴极点导致等幅振荡这一误区。
⑤ 强调了系统初始时刻的相对性,为能控能观、稳定性等后续概念打好基础。
第3章讲述控制系统的能控性和能观测性:
① 以全新的视角剖析了能控能观测的时间、空间特性。
② 强调了以往教材绝少提及的能观测概念的时间顺序问题,并作为单独一节,从而使能观测性概念真正和应用联系起来。
③ 强调了能控能观测主要是针对系统外部信号,针对的是扩张系统和扩张状态。这样就打消了学生由于实际被控对象能控能观测而产生的能控能观无用论。
第4章讲述自治系统的稳定性理论:
① 以全新的视角剖析了稳定性的时间、空间特性。
② 强调了Lyapunov(李雅普诺夫)稳定、渐近稳定和不发散的关系,指出Lyapunov稳定等价于不发散这一误区。
③ 给出了Lyapunov第二方法的简单数学本质,在此过程中指出了关于吸引域的一个常见误区。
第5章讲述线性控制系统的设计理论:
① 以全新的视角剖析了静态输出反馈和动态输出反馈的概念、功能、设计特点,拉近理论和应用的距离。
② 给出了状态观测器的一般概念,使学生做到透彻理解,并从概念上指出了状态观测器系统输出方程的一个常见误区。
第6章讲述离散控制系统:
指出离散情形由于系统矩阵未必可逆导致的状态转移矩阵未必可逆,使得与连续系统相平行的能控性判据失去了必要性,仅为充分条件。
各章建议学时: 包括绪论在内,全书共计7部分。可参考2、8、6、6、6、10、2共计40学时来进行。对于总课时多于或少于40学时的情况,教师可自行酌情增减。
本书主要参考文献已在书后列出,特别是受益于清华大学吴麒教授和郑大钟教授以及Hassan K.Khalil的著作,在此表示衷心的感谢。
《礼记》中说: “学然后知不足,教然后知困。知不足,然后能自反也。知困,然后能自强也。故曰: 教学相长也。”本书既是教学相长、师生相互问答、思考的结晶,也必将在后续的教学过程中继续动态完善。
由于编者能力所限,书中错漏、谬误、不妥之处恳请广大读者批评指正。不论咫尺天涯,智慧的读者永远是本书编著者的良师益友,是科技和社会进步的动力源泉。
编著者
电子邮件: shihaibin@ise.neu.edu.cn
QQ: 1318352261
2015年9月
目录
第0章绪论

0.1系统与自动控制

0.2控制理论的发展历程

0.3本书的内容安排

第1章控制系统的状态空间描述

1.1系统描述中的基本概念

1.2状态空间描述的基本概念

1.3线性定常系统的传递函数矩阵

1.4状态空间表达式的建立

1.4.1由高阶微分方程建立状态空间表达式

1.4.2由传递函数建立状态空间表达式

1.4.3机理建模

1.5组合系统的状态空间描述

1.6状态向量的可逆变换

本章小结

习题1

第2章线性控制系统的状态响应

2.1状态响应概述

2.2定常自治系统的状态响应

2.3矩阵指数的计算

2.4时变自治系统的状态响应

2.5线性自治系统的状态转移矩阵

2.6线性控制系统的状态响应

本章小结

习题2

第3章线性控制系统的能控性和能观测性

3.1能控性和能观测性概述

3.2能控性的一般概念

3.3时变控制系统的能控性

3.4定常控制系统的能控性

3.5能观测性的一般概念

3.6时变控制系统的能观测性和对偶原理

3.7定常控制系统的能观测性

3.8能观测性的时间顺序

3.9能控标准型和能观测标准型

3.10传递函数矩阵与能控能观测

3.11线性定常控制系统的结构分解

本章小结

习题3

第4章系统运动的稳定性

4.1外部稳定性和内部稳定性

4.1.1外部稳定性

4.1.2内部稳定性

4.1.3外部稳定性和内部稳定性的关系

4.2Lyapunov稳定性理论的基本概念

4.3Lyapunov第二方法: 直接方法

4.3.1定常非线性系统的稳定性

4.3.2时变非线性系统的稳定性

4.3.3解读第二方法

4.3.4Krasovskii定理

4.4线性系统的稳定性

4.5Lyapunov第一方法: 间接方法

4.6Lyapunov方程的扩展应用: 衰减上界和吸引区的估计

4.6.1渐近稳定系统衰减率的估计

4.6.2吸引区的估计

4.7稳定性概念的扩展: 指数稳定和有界性

本章小结

习题4

第5章线性系统的反馈控制

5.1状态反馈和输出反馈

5.2极点配置

5.3状态反馈解耦

5.3.1解耦的基本概念和要求

5.3.2可解耦条件和控制律设计

5.3.3结合极点配置的解耦控制

5.4线性二次型最优控制

5.5状态观测器

5.5.1状态观测器的一般概念

5.5.2开环状态观测器

5.5.3闭环状态观测器

5.5.4降维闭环状态观测器

5.6基于观测器的状态反馈系统

5.6.1闭环系统和分离原理

5.6.2闭环系统的传递函数矩阵

5.6.3基于观测器的反馈与动态输出反馈

5.7系统镇定

5.8针对系统外部扰动的控制律设计

5.8.1调节器问题

5.8.2外部信号状态可测量的控制律设计

5.8.3外扰状态观测器

5.9鲁棒调节器

5.9.1常值扰动的鲁棒调节器

5.9.2鲁棒调节器的频域性质

5.9.3一般鲁棒调节器的构造

本章小结

习题5

第6章离散系统的分析与设计

6.1离散系统的状态空间描述

6.2离散线性系统的状态响应

6.3离散系统的能控性和能观测性

6.4离散系统的Lyapunov稳定性

6.5离散线性系统的设计

本章小结

习题6

参考文献

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