书名：现在控制理论
书号：978-7-5239-0018-5
定价：48元
作者：米阳 刘蓉晖
出版时间：2025-09
出版社：中国电力出版社

品牌介绍

中国电力出版社成立于 1951 年，作为中国成立最早的中央科技出版社之一，曾隶属于水利电力部、能源部、电力工业部、国家电力公司，现为国家电网公司所属的科技出版社，在电气技术专业出版领域享有极高的声誉。该社作为以图书出版为主体，音像、电子出版物、期刊、网络出版共同发展的大型出版企业，以强大的出版资源和高素质的专业队伍，致力于向读者提供包括电力工程、电气工程、建筑工程、电子技术、信息技术、外语、大中专教材、家教等学科门类齐全的权威出版物，也竭力为广大师生提供精品教材，是教育部和北京市教委规划教材的出版基地之一。

内容提要

本书为电力行业“十四五”规划教材。本书介绍了现代控制理论的基础知识，共分7章。第1章介绍控制理论的发展及现代控制理论的应用。第2章介绍控制系统的状态以及状态空间模型等基本概念﹐包括线性系统和非线性系统的空间模型。第3章讨论控制系统状态空间模型的时域分析。第4章讨论控制系统能控能观结构性分析。第5章讨论控制系统稳定性及其分析方法。第6章介绍基于状态空间分析的系统综合,包括状态反馈与极点配置﹑系统镇定﹑系统解耦、状态观测器等。第7章介绍最优控制理论中的基本知识。全书引入与电力系统相关的案例，更好地展示了该理论在电气领域的应用。为了更好地理解现代控制理论的概念和方法,本书还讨论基于 MATLAB的现代控制理论相关问题的计算机仿真计算与设计的程序编制和应用。

本书适合普通高等学校电类专业（电气工程及其自动化专业、自动化专业等）的本科生及研究生作为教材使用，也可供有关科技人员参考。

前言

本书是电气工程及其自动化专业、自动化专业、测控技术和仪器专业的教学计划中所列“现代控制理论”课程的对应教材。学习本课程的目的是使学生获得现代控制理论基础知识,掌握控制系统的状态空间分析方法,熟悉控制系统综合与最优控制方法,并为今后的学习深造和实际运用打下扎实的基础。本书主要内容包括控制系统的状态空间模型、线性控制系统的时域分析、线性控制系统的能控性和能观性、稳定性与李亚普诺夫方法、线性反馈控制系统的综合、最优控制理论。

为适应电气工程专业人才培养的新形势，在本书编写中，作者力求形成以下特点:

1)尽量保证基本知识结构完整，对重要结论给出适当推导或说明，便于学生对重要内容的科学化理解和系统化掌握。

2)注重知识内容与物理概念、物理背景以及电力系统相关特点特色的结合。

3)现代控制理论的应用对象是实际工程问题，因此初学者往往会面临如何将理论付诸实践的难题。本书在各章节中引入注重基本内容的电力系统案例背景。

4)本书在每章都引入了适合该章内容的MATLAB或Simulink工具，用于一些例题的解答及应用实例的分析和设计。

5)本书中每章都提供了课后习题，便于读者加深对基本知识的理解、基本问题的解决。

本书仅是学习现代控制理论过程中的一个环节。学习过程的实施,还有赖于教学者和学习者这两个教学主体的实践。

参加本书编写的有米阳、刘蓉晖和林顺富。全书共分7章，其中林顺富编写第1章，刘蓉晖编写第2章、第3章和第4章，米阳编写第5章、第6章和第7章。本书参考了大量的国内外教材和教学参考书，在此致以衷心的感谢。孙改平、毛玲、楚瀛等对本书的文稿做了校对工作，在此深表谢意。

在编者教学过程中，很多高校教师提出了宝贵的建议和修改意见，编者在此表示诚挚的感谢。书中存在的不足和问题，恳请广大读者批评指正。

目录

前言

第1章绪论

1.1控制理论的发展

1.1.1经典控制理论

1.1.2现代控制理论

1.1.3智能控制和复杂系统理论

1.2现代控制理论的主要内容

1.2.1线性系统理论

1.2.2建模及系统辨识

1.2.3最优滤波理论

1.2.4控制的综合

1.3现代控制理论的应用

1.4MATLAB软件简介

本章小结

第2章控制系统的状态空间模型

2.1状态和状态空间模型

2.1.1状态和状态空间

2.1.2状态空间模型

2.1.3状态空间模型的图示形式

2.2线性时不变系统状态空间模型的建立

2.2.1根据系统机理建立状态空间模型

2.2.2根据系统的输入-输出关系建立状态空间模型

2.3状态向量的线性变换

2.3.1状态空间模型的非唯一性

2.3.2系统特征值的不变性和系统的不变量

2.3.3状态方程的对角线规范型

2.3.4状态方程的约旦规范型

2.4传递函数矩阵

2.4.1传递函数矩阵的定义

2.4.2由状态空间表达式求传递函数矩阵

2.4.3组合系统的状态空间模型和传递函数矩阵

2.5线性离散系统的状态空间描述

2.5.1离散系统的状态空间描述

2.5.2由离散系统的输入/输出关系建立状态空间模型

2.6时变系统和非线性系统的状态空间描述

2.6.1时变系统的状态空间描述

2.6.2非线性系统的状态空间描述

2.7MATLAB在模型处理中的应用

2.7.1系统的状态空间模型

2.7.2线性变换

2.7.3传递函数模型与状态空间模型的相互转换

2.7.4电力系统案例分析

本章小结

习题

第3章线性控制系统的时域分析

3.1线性定常齐次状态方程的解

3.1.1级数展开法

3.1.2拉普拉斯变换法

3.2状态转移矩阵

3.2.1状态转移矩阵及其性质

3.2.2特殊矩阵指数函数

3.2.3状态转移矩阵计算

3.3线性定常非齐次状态方程的解

3.3.1直接求解法

3.3.2拉普拉斯变换法

3.4线性时变系统状态方程的解

3.4.1线性时变系统齐次状态方程的解

3.4.2线性时变连续系统的状态转移矩阵

3.4.3非齐次状态方程的解

3.5线性连续系统状态空间模型的离散化

3.5.1线性定常连续系统的离散化

3.5.2线性时变连续系统的离散化

3.6线性离散系统状态方程的解

3.6.1线性定常离散系统状态方程的解

3.6.2线性时变离散系统状态方程的解

3.7MATLAB在线性控制系统时域分析中的应用

3.7.1矩阵指数函数的计算

3.7.2线性定常连续系统的状态空间模型求解

3.7.3连续系统的离散化

3.7.4线性定常离散系统的状态空间模型求解

本章小结

习题

第4章线性系统的能控性和能观性

4.1线性定常系统的能控性

4.1.1能控性的直观讨论

4.1.2状态能控性的定义

4.1.3线性定常连续系统的状态能控性判别

4.1.4线性定常连续系统的输出能控性

4.2线性定常系统的能观性

4.2.1能观性的直观讨论

4.2.2状态能观性的定义

4.2.3线性定常连续系统的状态能观性判别

4.3线性定常离散系统的能控性和能观性

4.3.1线性定常离散系统的状态能控性与能观性

4.3.2线性定常离散系统的能观性

4.3.3离散化线性定常系统的状态能控性和能观性

4.4能控性与能观性的对偶关系

4.5线性系统的结构分解和零极点相消

4.5.1能控性分解

4.5.2能观性分解

4.5.3能控能观分解

4.5.4系统传递函数中的零极点相消定理

4.6能控规范型和能观规范型

4.6.1能控规范型

4.6.2能观规范型

4.6.3MIMO系统的能控能观规范型

4.7实现问题

4.7.1定义和基本特性

4.7.2能控规范型实现和能观规范型实现

4.7.3最小实现

4.8MATLAB在线性系统能控性和能观性的应用

4.8.1状态能控性与能观性判定

4.8.2线性系统的能控能观分解

4.8.3电力系统案例分析

本章小结

习题

第5章稳定性与李雅普诺夫方法

5.1李雅普诺夫关于稳定性的定义

5.1.1稳定性的直观理解

5.1.2电力系统的稳定性

5.1.3李雅普诺夫意义下的稳定性

5.2李雅普诺夫稳定性分析方法

5.2.1李雅普诺夫第一法

5.2.2李雅普诺夫第二法

5.3李雅普诺夫方法在线性系统的应用

5.3.1线性定常连续系统的稳定性分析

5.3.2线性时变连续系统的稳定性分析

5.3.3线性离散系统的稳定性分析

5.4李雅普诺夫方法在非线性系统的应用

5.4.1克拉索夫斯基法

5.4.2变量梯度法

5.5MATLAB在系统稳定性分析中的应用

5.5.1基于李雅普诺夫第一法的稳定性分析

5.5.2基于李雅普诺夫第二法的稳定性分析

5.5.3电力系统案例分析

本章小结

习题

第6章线性定常系统的综合

6.1状态反馈与极点配置

6.1.1状态反馈控制系统的构成

6.1.2状态反馈对系统能控性和能观性的影响

6.1.3状态反馈极点配置定理

6.1.4SISO系统极点配置算法

6.1.5MIMO系统极点配置算法

6.2输出反馈与极点配置

6.2.1输出反馈控制系统

6.2.2输出反馈对系统能控性和能观性的影响

6.2.3输出反馈极点配置

6.3系统镇定

6.3.1状态反馈镇定

6.3.2输出反馈镇定

6.4系统解耦

6.4.1补偿器解耦

6.4.2状态反馈解耦

6.5状态观测器

6.5.1全维状态观测器的设计

6.5.2降维状态观测器的设计

6.6利用状态观测器实现状态反馈的系统

6.6.1系统的结构与状态空间模型

6.6.2闭环系统的基本特性

6.7MATLAB在状态反馈和状态观测器设计中的应用

6.7.1状态反馈极点配置

6.7.2状态反馈解耦

6.7.3状态观测器的设计

6.7.4电力系统案例分析

本章小结

习题

第7章最优控制理论

7.1最优控制概述

7.1.1最优控制问题的提出

7.1.2最优控制问题的描述

7.2变分法

7.2.1函数的极值问题

7.2.2泛函

7.2.3欧拉方程

7.2.4横截条件

7.3极小值原理

7.3.1自由末端的极小值原理

7.3.2极小值原理的推广形式

7.4 线性二次型最优控制

7.4.1线性二次型问题

7.4.2有限时间状态调节器

7.4.3无限时间状态调节器

7.5最优控制实例分析

7.5.1电力系统负荷频率最优控制

7.5.2伺服系统电动机驱动最优控制

本章小结

习题

参考文献