线性控制系统理论与方法 pdf下载

《线性控制系统理论与方法》阐述了系统与控制科学领域中最基础的线性控制系统理论与方法，主要讲述线性控制系统的时域理论与方法，并从动态系统的建模、分析与综合三个方面系统地介绍了控制理论的基本概念和方法。全书共8章，内容包括：动态系统的输入／输出模型、状态空间模型；线性系统的定量分析法（包括经典控制理论）和线性系统的定性分析法（包括稳定性、能控性和能观测性）；线性系统的综合和控制方法（包括稳定化法、极点配置法、解耦法、跟踪问题及观测器的理论和方法以及鲁棒控制）等。
《线性控制系统理论与方法》既可作为应用数学专业、信息与计算专业及自动化专业本科和研究生教材，也可作为控制工程、系统工程专业研究生和科技工作者的参考用书。

第1章 绪论
1.1 控制科学的历史与现状
1.2 控制问题的分类
1.3 线性控制系统理论的主要内容
1.4 与控制论相关的国际国内杂志和国内外会议名称

第2章 数学基础介绍
2.1 常数矩阵的几个基本概念和结论
2.2 多项式矩阵
2.3 矩阵分式
2.4 线性矩阵方程
2.5 拉普拉斯变换
习题

第3章 动态系统模型
3.1 系统模型的建立
3.2 单变量系统输入／输出模型与状态空间模型的关系
3.3 多变量系统输入／输出模型与状态空间模型的关系
3.4 线性系统规范型状态方程
3.5 代数等价线性系统的不变特性
3.6 组合系统的状态空间模型和传递函数矩阵
习题

第4章 线性系统的定量分析法
4.1 单变量系统时域分析法
4.2 频率响应分析法
4.3 线性系统状态方程解的结构及性质
4.4 线性定常系统的状态转移矩阵和脉冲响应矩阵
4.5 线性时变系统的时域分析
4.6 线性连续系统的离散化及线性离散系统分析
习题
第5童 线性系统的能控性和能观测性
5.1 能控性定义及其判据
5.2 能观测性定义及其判据
5.3 对偶性原理
5.4 线性离散时间系统能控性和能观测性
5.5 能控规范型和能观测规范型
5.6 线性系统的结构分解
习题

第6章 动态系统的稳定性
6.1 外部稳定性和内部稳定性
6.2 Lyapunov稳定性
6.3 线性系统的稳定性判据
6.4 离散时间系统的稳定性和判据
习题

第7章 线性反馈系统的时间域综合
7.1 综合问题的提法及类型和性质
7.2 极点配置问题
7.3 输入／输出解耦控制问题
7.4 跟踪问题：无静差性和鲁棒控制
7.5 状态重构问题及状态观测器
7.6 含有状态观测器的状态反馈控制系统
习题

第8章 不确定线性系统的鲁棒控制
8.1 引言
8.2 系统描述和问题的定义
8.3 不确定线性系统的二次稳定条件
8.4 不确定线性系统的鲁棒控制
8.5 不确定线性时滞系统的鲁棒非脆弱控制
习题
参考文献

第1章 绪论
1.3 线性控制系统理论的主要内容
线性控制系统理论主要研究线性系统的运动规律和改变这种运动规律的可能性及方法，建立和揭示系统结构、参数、行为和性能问的确定关系。通常，将研究系统运动规律称为分析问题，研究改变运动规律的可能性和方法的问题称为综合问题。前者属于认识系统，后者则为履行问题。
不管是对系统进行分析还是进行综合，前提是建立起系统的数学模型。在建立模型时，最重要的是确定什么是需要反映和研究的主要系统属性，并在此基础上来定出它的变量关系。随着考察问题的性质不同，一个系统可以分为不同类型的模型，它们代表了系统不同侧面的属性。数学模型中的基本要素是变量、参量和常数以及它们之间的关系。系统模型中的变量包括状态变量、输入变量和输出变量，在有些情况下，还须考虑扰动变量。参量可以是系统的参数或表征系统性能的参数，前者受系统环境的影响可产生变动，后者可随设计要求而人为地改变其取值。常量是指系统中不随时间改变的参数。变量、参量和常量的关系需要针对具体问题根据相应的物理原理来决定。线性系统的数学模型主要有两种形式，即状态空间模型和输入／输出模型，对于系统的这两种模型发展和形成了线性系统理论的两类不同的分析方法，即时域法和频域法。
动态系统的数学模型一旦确定，就可着手对系统进行分析和综合。通常把分析区分为定性和定量分析两类情况。在定量分析中，主要关心的是分析系统相对于某个输入信号的响应和性能，这种分析涉及到繁多和复杂的计算，常常需要借助于计算机来完成。在定性分析中，着重于分析诸如稳定性、能控性和能观测性等系统的基本结构特性，这种分析对于系统的综合具有重要的指导性，因此在线性系统理论中占据重要的位置。当系统的性能不够令人满意而需要加以改善或实现最优化时，就需要同时按系统的状况和期望的性能指标要求来设计系统的控制器，这类问题就是综合问题，它是建立在分析基础上的。通常控制器的基本形式足反馈控制，在某些情况下还需同时引入附加的补偿器。应当指出，对于系统的综合是相对于系统的模型进行的，而所导出的控制器将施加和作用于实际系统中，因此必然会产生一系列实际问题，如反馈的构成、模型误差的影响、参数摄动的影响，扰动影响的抑制和消除等，不解决这些实际问题，综合中提出的期望性能指标仍然是没有保证的。因此。解决上述这些实际问题，使得所综合的系统在实际运行中能达到期望的性能，是系统理论中要研究的课题。
……

　　控制科学与技术在20世纪的人类科技进步中起到了举足轻重的作用。它对解决当今社会的许多挑战性问题产生了积极的影响，也提供了科学的思想方法论。它为许多产业领域实现自动化奠定了理论基础，提供了先进的生产技术和先进的控制仪器及装备。特别是数字计算机的广泛使用，为控制科学与技术开辟了更广泛的应用领域。
　　回顾近百年工程技术的发展，我们看到，20世纪的控制科学与技术是在实践的重大需求驱动下快速发展的，它经历了若干重要的发展时期：20世纪初的Lyapunov稳定理论和PID控制律概念，20年代的反馈放大器，30年代的Nyquist图与Bode图，40年代维纳的控制论，50年代的贝尔曼动态规划理论和庞特里亚金极大值原理，60年代的卡尔曼滤波器、系统状态空间法、系统能控性和能观测性，70年代的自校正控制和自适应控制，80年代针对系统不确定状况的鲁棒控制，90年代基于智能信息处理的智能控制理论。如今，控制论已经成为一门理论严谨、内容丰富、分支众多、发展迅速、应用广泛的学科领域。
　　线性控制系统理论是系统与控制科学领域的基础理论，它主要以线性系统为研究对象，经过近几十年的发展，线性系统理论的发展已经相当成熟与完善。线性系统理论的重要性在于它的基础性，其中的概念、方法、处理问题的思路和所获得的结论，对于系统和控制理论的许多学科分支，诸如最优控制、鲁棒控制、非线性控制、随机控制、分布参数系统和离散事件动态系统等，都具有重要的作用，因而成为学习和研究这些学科必不可少的基础知识。目前，线性系统理论已成为国内外大学系统与控制科学方向各个专业的一门重要基础课程。