目前，大部分高等学校在控制相关专业的教学培养计划和课程设置中将控制理论分为《自动控制原理》(主要讲授经典控制理论)和《现代控制理论》两门课程。针对本科教学的现状和教学需求，我们根据多年的教学经验编写了这本《现代控制理论基础》。考虑到学时的要求以及本科学生的数学基础，本书删去了一般《现代控制理论》教材中的“最优控制”部分，增加了“基于MATLAB的状态空间分析与设计”内容，此部分可以作为学生学习本课程后的一次综合实训。

本书介绍了状态空间的基本概念以及系统的状态空间分析和设计方法，主要内容包括：系统的状态空间模型及其线性变换、状态空间表达式的解、系统的能控性和能观性、系统的稳定性、基于状态空间分析的系统综合与设计等。同时，介绍了基于MATLAB的系统分析和设计方法，并以倒立摆系统为例，详细讲解了基于状态反馈的倒立摆系统设计及仿真。

本书适用于高等学校自动化、电气工程及其自动化、测控技术与仪器等与控制相关专业的本科生以及非控制类专业的研究生，授课学时为40～50学时。

引言

第一章 控制系统的状态空间表达式

 第一节 状态变量和状态空间表达式

 第二节 状态空间表达式的模拟结构图

 第三节 状态空间表达式的建立(一)

 第四节 状态空间表达式的建立(二)

 第五节 线性变换及约旦标准型

 第六节 从状态空间表达式求传递函数矩阵

 第七节 离散时间系统的状态空间表达式

 第八节 非线性系统和时变系统的状态空间表达式

 习题

第二章 状态空间表达式的解

 第一节 线性定常齐次状态方程的解

 第二节 矩阵指数函数——状态转移矩阵

 第三节 非齐次状态方程的解

 第四节 线性时变系统状态方程的解

 第五节 连续时间状态空间表达式的离散化

 第六节 离散时间系统状态方程的解

 习题

第三章 线性控制系统的能控性和能观性

 第一节 能控性和能观性的直观讨论

 第二节 能控性的定义

 第三节 线性连续定常系统的能控性判别

 第四节 线性连续定常系统的能观性

 第五节 离散时间系统的能控性和能观性

 第六节 能控性与能观性的对偶关系

 第七节 状态空间表达式的能控标准型和能观标准型

 第八节 线性系统的结构分解

 第九节 能控性和能观性与传递函数之间的关系

 习题

第四章 系统运动的稳定性与李雅瞢诺夫方法

 第一节 李雅普诺夫关于稳定性的定义

 第二节 李雅普诺夫第一法

 第三节 李雅普诺夫第二法

 第四节 李雅普诺夫第二法在线性系统中的应用

 第五节 李雅普诺夫第二法在非线性系统中的应用

 习题

第五章 线性定常系统的综合

 第一节 概述

 第二节 线性反馈系统的基本结构及特征

 第三节 极点配置问题

 第四节 系统镇定问题

 第五节 系统解耦问题

 第六节 状态观测器

 第七节 带状态观测器的状态反馈系统

 习题

第六章 基于MATLAB的状态空间分析与设计

 第一节 系统模型建立及转换

 第二节 利用MATLAB求状态方程的解

 第三节 MATLAB中系统的能控性和能观性分析

 第四节 用MATLAB进行状态空间设计

 第五节 基于状态反馈的倒立摆系统设计

 第六节 基于全维状态观测器的倒立摆系统设计

 习题

习题参考答案

附录一 MATLAB常用函数

附录二 倒立摆系统设计MATLAB

参考程序

参考文献