现代控制理论与应用

　　本书从工程实践的角度出发，系统地介绍了现代控制理论的基本内容及其应用。主要内容包括：自动控制的基本概念、线性系统理论（包括状态空间描述、状态空间分析和状态空间综合）、系统稳定性分析、控制理论（包括变分法、极小值原理、动态规划和鲁棒最优控制）、估计理论（基本估计方法和卡尔曼滤波）、系统辨识（非参数辨识方法和参数辨识方法）、自适应控制（模型参考自适应和自校正控制）、智能控制理论，控制理论应用实例等。本书可作为自动控制及其他相关专业大学高年级本科生、研究生的教材，也可作为对控制理论感兴趣的科技人员的参考书。

　　高向东，教授，广东工业大学，博士生导师，广州市焊接机械工程协会常务理事、中国机械工程学会高级会员、中国自动化学会高级会员、国家科学技术奖励评审专家。

第1章概述1.1现代控制理论的基本概念1.1.1自动控制理论的发展1.1.2现代控制理论的基本概念1.2现代控制理论的基本内容1.3自动控制系统1.3.1控制系统的概念1.3.2开环控制系统与闭环控制系统1.4自动控制系统的类型1.5自动控制系统的标准1.5.1对控制系统的要求1.5.2典型输入信号1.5.3控制系统的性能指标本章小结习题第2章线性控制系统的状态空间描述2.1状态空间描述的概念2.1.1基本概念2.1.2被控过程的状态空间描述2.1.3系统状态空间描述的特点2.2系统的时域描述转化为状态空间描述2.3系统的频域描述转化为状态空间描述2.4应用MATLAB的系统状态空间描述本章小结习题第3章控制系统状态空间的特性3.1状态转移矩阵及状态方程的求解3.1.1状态转移矩阵3.1.2状态转移矩阵的求解3.1.3状态转移矩阵的性质3.2线性系统非齐次状态方程的求解3.2.1线性系统非齐次状态方程的求解3.2.2伴随方程3.3系统的脉冲响应3.3.1脉冲响应3.3.2脉冲响应的不变性3.4系统的能控性和能观测性3.4.1系统的能控性3.4.2系统的能观测性3.4.3能控性、能观测性与传递函数的关系3.4.4能控性和能观测性之间的对偶原理3.5能控标准形和能观测标准形3.5.1能控标准形的变换3.5.2能观测标准形的变换3.6状态反馈与状态观测器3.6.1系统的状态反馈3.6.2系统的极点配置3.6.3状态观测器本章小结习题第4章系统的稳定性原理4.1李亚普诺夫关于稳定性的定义4.2根据系统矩阵A分析线性定常系统的稳定性4.3李亚普诺夫第二法——直接法4.3.1标量函数的正定性、负定性和不定性4.3.2二次型函数的正定性4.3.3李亚普诺夫直接法本章小结习题第5章最优控制5.1最优控制的基本概念5.2最优控制的变分法5.2.1泛函与变分法5.2.2用变分法求解最优控制问题5.3极大值原理5.4具有二次型性能指标的线性调节器问题5.4.1二次型性能指标的最优控制5.4.2终点时间有限的线性调节器问题5.4.3终点状态固定的线性调节器问题5.4.4终点时间无限的线性调节器问题5.5动态规划5.5.1多步决策问题及最优性原理5.5.2线性连续系统状态空间表达式的离散化5.5.3离散系统的动态规划法本章小结习题第6章自适应控制系统6.1自适应控制系统的基本概念6.1.1自适应控制系统及类型6.1.2自适应控制的理论问题6.1.3自适应控制的发展和应用概况6.2模型参考自适应控制6.2.1局部参数优化型模型参考自适应控制系统6.2.2李亚普诺夫稳定性理论设计模型参考自适应系统6.3自校正自适应控制6.3.1预测模型6.3.2最小方差控制6.3.3极点配置自校正控制6.4鲁棒控制6.4.1基本概念6.4.2H∞鲁棒控制理论6.4.3H∞优化与鲁棒控制6.4.4H∞标准控制的基本问题本章小结习题第7章最优估计7.1概述7.2最小二乘估计7.3卡尔曼滤波7.3.1基本概念7.3.2卡尔曼滤波递推算法本章小结习题第8章系统辨识8.1概述8.1.1系统辨识的概念8.1.2系统辨识的发展概况8.2系统辨识的基本方法8.2.1线性定常单输入单输出离散系统数学模型8.2.2脉冲响应法8.2.3最小二乘法（LS）8.3模式识别8.3.1基本概念8.3.2模式识别（分类）代表性方法本章小结习题第9章智能控制9.1智能控制的基本概念9.1.1专家控制系统9.1.2模糊控制9.1.3人工神经网络控制系统9.2模糊控制系统（Fuzzy Control System）9.2.1模糊控制系统的组成9.2.2模糊控制器的工作原理9.3人工神经网络控制9.3.1人工神经网络模型9.3.2人工神经网络的基本工作原理9.3.3学习算法9.4专家系统控制9.4.1直接专家系统控制9.4.2间接专家系统控制本章小结习题第10章自动控制技术应用实例10.1模糊PID控制技术在焊缝跟踪中的应用10.1.1焊缝跟踪技术在工程中的应用10.1.2焊缝跟踪控制系统的结构10.1.3焊缝跟踪控制系统的步进电机驱动装置10.1.4自调整PID模糊控制器的设计10.1.5焊缝跟踪试验及结果分析10.2模式识别在铁路车辆闸瓦检测中的应用10.2.1机器视觉及铁路车辆闸瓦10.2.2闸瓦在线检测系统10.2.3闸瓦的图像识别10.2.4闸瓦图像的分割10.2.5闸瓦测量与分析10.3卡尔曼滤波在自动激光焊目标跟踪控制中的应用10.3.1激光焊接试验系统及焊缝特征参数提取10.3.2卡尔曼滤波焊缝预测跟踪建模与试验研究10.3.3色噪声卡尔曼滤波焊缝预测跟踪算法10.4系统辨识在激光焊接过程飞溅特征分析中的应用10.4.1研究背景10.4.2大功率盘形激光焊接试验设计10.4.3系统辨识在焊接过程飞溅特征分析中的应用