谢克明，男，1944年生，太原理工大学信息工程学院教授，博士生导师，全国优秀教师和山西省教学名师；IEEE会员，国际RoughSet学会委员；教育部自动化专业教学指导分委员会委员，中国自动化学会理事，山西省自动化学会理事长。长期从事控制科学与工程学科的教学与科研工作，主要研究领域为智能信息处理与智能控制、控制理论与应用、复杂工业控制系统等。主持和参研完成国家自然科学基金、863项目、省部级科研项目等20余项；获国家技术发明二等奖1项，山西省科技进步一等奖1项、二等奖2项，山西省自然科学三等奖1项。主编出版“十五”和“十一五”国家级规划教材等高校教材和专著共8部。发表论文200余篇。获山西省教学成果一等奖1项，二等奖5项。

第0章绪论

0.1控制理论的产生及其发展

0.2现代控制理论的基本内容

0.3本书的内容和特点

0.4学习建议

第1章控制系统的状态空间描述

1.1状态及状态空间表达式

1.1.1控制系统中状态的基本概念

1.1.2状态空间表达式及一般形式

1.1.3状态空间表达式的系统结构图与模拟结构图

1.2根据系统的物理机理建立状态空间表达式

1.3由系统的微分方程式建立状态空间表达式

1.3.1微分方程式中不含输入函数导数项

1.3.2微分方程式中含输入函数导数项

1.4由系统方框图建立状态空间表达式

1.5由系统的传递函数建立状态空间表达式

1.5.1标准型法

1.5.2串联法

1.5.3并联法

1.6系统的状态空间表达式与传递函数阵

1.6.1由系统的状态空间表达式求传递函数阵

1.6.2组合系统的状态空间表达式及传递函数阵

1.7系统状态向量的线性变换

1.7.1线性变换

1.7.2化状态方程式为对角线标准型

1.7.3化状态方程式为约当标准型

1.8离散时间系统的状态空间描述

1.8.1离散时间系统的状态空间表达式

1.8.2差分方程化为状态空间表达式

1.8.3脉冲传递函数化为状态空间表达式

1.8.4由状态空间表达式求脉冲传递函数阵

1.9基于MATLAB的控制系统状态空间描述

1.9.1利用MATLAB描述系统模型

1.9.2利用MATLAB实现状态空间表达式与传递函数阵的

相互转换

1.9.3利用MATLAB实现系统的线性变换

1.9.4利用MATLAB实现系统模型的连接

小结

习题

 现代控制理论

目录

第2章线性控制系统状态空间表达式的求解

2.1线性定常连续系统齐次状态方程的解

2.2线性定常连续系统的状态转移矩阵

2.2.1状态转移矩阵及其性质

2.2.2矩阵指数函数的计算

2.3线性定常连续系统非齐次状态方程的求解

2.4线性时变连续系统状态方程式的求解

    2.4.1齐次状态方程式的解

    2.4.2线性时变系统状态转移矩阵

    2.4.3线性时变系统非齐次状态方程式的解

2.5线性离散时间系统状态方程式的求解

    2.5.1迭代法

    2.5.2z变换法

    2.5.3离散系统状态转移矩阵的求解

2.6线性连续时间系统的离散化

    2.6.1线性定常系统状态方程式的离散化

     2.6.2线性时变系统状态方程式的离散化

2.6.3近似离散化

2.7利用MATLAB求解系统状态空间表达式

    2.7.1连续时间系统状态方程式的解

    2.7.2离散时间系统状态方程式的解

    2.7.3线性系统状态方程式的离散化

小结

习题

第3章线性控制系统的能控性和能观测性

  3.1系统的能控性

     3.1.1线性时变连续系统的能控性

     3.1.2线性定常连续系统的能控性

     3.1.3线性离散时间系统的能控性

  3.2系统的能观测性

     3.2.1线性时变连续系统的能观测性

     3.2.2线性定常连续系统的能观测性

     3.2.3线性离散时间系统的能观测性

  3.3能控性和能观测性的对偶关系

      3.3.1线性系统的对偶原理

      3.3.2能控性和能观测性的对偶关系

  3.4单输入单输出系统的能控标准型和能观测标准型

      3.4.1能控标准型

      3.4.2能观测标准型

3.5系统的结构分解

      3.5.1系统按能控性分解

      3.5.2系统按能观测性分解

      3.5.3系统按能控性和能观测性分解

  3.6系统的实现

      3.6.1实现问题的基本概念

      3.6.2单输入单输出系统的标准型实现

*3.6.3多输入多输出系统的标准型实现

      3.6.4最小实现

3.6.5系统的约当标准型实现

  3.7传递函数阵与能控性和能观测性之间的关系

      3.7.1单输入单输出系统

      3.7.2多输入多输出系统

  3.8利用MATLAB分析系统的能控性和能观测性

      3.8.1系统的能控性和能观测性分析

      3.8.2线性系统的能控标准型和能观测标准型

      3.8.3将系统按能控和不能控进行分解

      3.8.4将系统按能观测和不能观测进行分解

小结

习题

第4章控制系统的稳定性

4.1系统稳定的基本概念

4.1.1外部稳定性和内部稳定性

4.1.2李雅普诺夫稳定性

4.2李雅普诺夫稳定性理论

4.2.1李雅普诺夫第一法

4.2.2李雅普诺夫第二法

4.3线性系统的李雅普诺夫稳定性分析

4.3.1李雅普诺夫第二法在线性连续系统中的应用

4.3.2李雅普诺夫第二法在线性离散系统中的应用

4.4非线性系统的李雅普诺夫稳定性分析

      4.4.1克拉索夫斯基法

      4.4.2变量梯度法

      4.4.3阿捷尔曼法

  4.5利用MATLAB分析系统的稳定性

      4.5.1利用特征值判断系统的稳定性

      4.5.2利用李雅普诺夫第二法判断系统的稳定性

小结

习题

第5章状态反馈和状态观测器

  5.1线性反馈控制系统的基本结构

      5.1.1状态反馈

5.1.2输出反馈

5.1.3从输出到状态向量导数x·反馈

5.1.4闭环系统的能控性和能观测性

  5.2系统的极点配置

5.2.1采用状态反馈实现极点配置

5.2.2采用从输出到输入端反馈实现极点配置

5.2.3采用从输出到状态向量导数x·反馈实现极点配置

*5.2.4多输入多输出系统的极点配置

5.2.5镇定问题

*5.3解耦控制

5.3.1串联解耦

5.3.2反馈解耦

5.4状态观测器的设计

5.4.1状态重构问题

5.4.2全维观测器的设计

5.4.3降维观测器的设计

  5.5带状态观测器的闭环控制系统

5.5.1闭环控制系统的结构和状态空间表达式

      5.5.2带状态观测器的闭环控制系统的基本特征

  5.6利用MATLAB实现系统的状态反馈和状态观测器

5.6.1系统的极点配置

5.6.2状态观测器的设计

5.6.3带状态观测器的系统极点配置

小结

习题

第6章最优控制

  6.1最优控制的基本概念

      6.1.1最优控制问题

      6.1.2最优控制的提法

  6.2最优控制中的变分法

6.2.1变分法

6.2.2应用变分法求解最优控制问题

  6.3极大值原理

      6.3.1连续系统的极大值原理

      6.3.2离散系统的极大值原理

 6.4线性二次型最优控制问题

     6.4.1线性二次型问题

     6.4.2状态调节器

     6.4.3输出调节器

     6.4.4输出跟踪器

 6.5利用MATLAB求解线性二次型最优控制问题

小结

习题

第7章线性系统的状态估计

7.1概述 

7.1.1估计问题

7.1.2估计的准则

7.1.3状态估计与系统辨识

7.2最小二乘估计

7.2.1最小二乘法的基本概念

7.2.2最小二乘状态估计

7.2.3线性离散系统的最小二乘估计

7.2.4线性离散系统的最小二乘递推估计

7.3线性最小方差估计

7.3.1线性最小方差状态估计

7.3.2线性离散系统的最小方差估计

7.3.3数学期望和方差的递推计算

7.4卡尔曼滤波器

7.4.1线性离散系统的卡尔曼滤波方程

7.4.2滤波器的稳定性与发散性问题

7.5利用MATLAB求解状态估计问题

小结

习题

习题参考答案

参考文献