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目次
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高等院校精品課程系列教材
自動控制原理（下）
主編李斌
副主編黃建明王斌
主審孫躍
機 械 工 業 出 版 社本書根據高等學校本科自動控制原理課程的教學要求編寫，比較全面地闡述了經典控制理論的線性離散控制系統、非線性控制系統和現代控制理論基礎部分的基本內容。全書共分三篇（線性離散控制系統篇、非線性控制系統基礎篇、現代控制理論基礎篇），共7章，包括線性離散控制系統建模、分析及數位控制器設計方法，經典非線性控制系統分析的相平面法和描述函數法，現代控制理論中系統建模、分析及綜合設計的狀態空間法。
本書為《自動控制原理(下)》，上冊(《自動控制原理(上)》謝昭莉主編)包括控制基礎篇、系統分析篇、系統設計篇、應用篇四部分內容。
本書可作為高等學校自動化、電氣工程及自動化、機械工程及自動化、熱力工程、通信工程、電子資訊工程等相關專業的“自動控制原理”課程的教材，也可作為自動化相關專業研究生和工程技術人員的參考書。
本書配有課件、教材相關MATLAB程式、部分習題答案或題解等教學資源，歡迎使用該教材的教師通過電子郵件(Lzbymcqc@sohucom)索取。
圖書在版編目(CIP)資料自動控制原理
自動控制原理（下）
主編李斌
副主編黃建明王斌
主審孫躍
機 械 工 業 出 版 社本書根據高等學校本科自動控制原理課程的教學要求編寫，比較全面地闡述了經典控制理論的線性離散控制系統、非線性控制系統和現代控制理論基礎部分的基本內容。全書共分三篇（線性離散控制系統篇、非線性控制系統基礎篇、現代控制理論基礎篇），共7章，包括線性離散控制系統建模、分析及數位控制器設計方法，經典非線性控制系統分析的相平面法和描述函數法，現代控制理論中系統建模、分析及綜合設計的狀態空間法。
本書為《自動控制原理(下)》，上冊(《自動控制原理(上)》謝昭莉主編)包括控制基礎篇、系統分析篇、系統設計篇、應用篇四部分內容。
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目次
目錄
前言
緒論1
第五篇線性離散控制系統篇5
第8章線性離散控制系統6
8.1概述6
8.1.1離散控制系統簡介6
8.1.2離散控制系統的特點和研究方法8
8.2信號采樣與恢復8
8.2.1信號采樣9
8.2.2采樣定理10
8.2.3信號恢復12
8.3z變換13
8.3.1z變換的定義13
8.3.2z變換的方法14 目錄 前言 緒論1 第五篇線性離散控制系統篇5 第8章線性離散控制系統6 8.1概述6 8.1.1離散控制系統簡介6 8.1.2離散控制系統的特點和研究方法8 8.2信號采樣與恢復8 8.2.1信號采樣9 8.2.2采樣定理10 8.2.3信號恢復12 8.3z變換13 8.3.1z變換的定義13 8.3.2z變換的方法14 8.3.3z變換的基本定理17 8.3.4z反變換19 8.4離散控制系統的數學模型22 8.4.1差分方程22 8.4.2脈沖傳遞函數24 8.4.3離散控制系統的動態結構圖27 8.5離散控制系統的性能分析33 8.5.1穩定性33 8.5.2動態性能39 8.5.3穩態誤差42 8.6離散控制系統的數字校正45 8.6.1模擬控制器的離散化46 8.6.2根軌跡法校正47 8.6.3頻率特性法校正50 8.6.4數字控制器直接設計法52 小結63 習題64 第六篇非線性控制系統基 礎篇69第9章非線性控制系統70 9.1概述70 9.1.1非線性系統70 9.1.2常見的非線性特性71 9.1.3非線性控制系統的特點73 9.2相平面法74 9.2.1相平面法的基本概念74 9.2.2相平面圖的繪制77 9.2.3非線性控制系統的相平面 分析83 9.3描述函數法91 9.3.1描述函數法的基本概念91 9.3.2非線性特性的描述函數92 9.3.3非線性控制系統的描述函數 法分析97 9.4改善非線性控制系統 性能的措施104 9.4.1改變線性部分的參數和結構104 9.4.2改變非線性特性105 9.4.3非線性特性的利用106 小結107 習題108 第七篇現代控制理論基礎篇113 第10章控制系統的狀態空間描述114 10.1控制系統及其描述114 10.1.1控制系統114 10.1.2控制系統的特性與分類114 10.1.3控制系統的輸入.輸出描述115 10.2控制系統的狀態空間模型117 10.2.1基本概念117 10.2.2線性系統的狀態空間描述121 10.2.3狀態空間描述的模擬結構圖123 10.3系統狀態空間表達式的建立124 10.3.1由系統的模擬結構圖建立狀態空間表達式124 10.3.2由系統的物理機理直接建立狀態空間表達式125 10.3.3由系統的微分方程或傳遞函數建立狀態空間描述128 10.4狀態空間描述的線性變換131 10.4.1線性變換131 10.4.2系統的特征值和特征向量133 10.4.3化狀態空間表達式為對角線標準型134 10.4.4化狀態空間表達式為約當標準型136 10.5由狀態空間描述求傳遞函數陣139 10.5.1系統的傳遞函數矩陣139 10.5.2系統的輸入.輸出描述與狀態空間描述方法比較142 10.6組合系統的狀態空間描述和傳遞函數陣142 10.6.1并聯組合系統143 10.6.2串聯組合系統143 10.6.3輸出反饋系統144 10.7離散系統的狀態空間描述144 10.8系統模型的計算機表示及轉換145 10.8.1模型的建立與轉換146 10.8.2建立組合系統的狀態空間描述148 小結150 習題150 第11章線性控制系統的動態分析153 11.1線性時變系統狀態方程的求解153 11.1.1線性時變系統狀態方程解的存在性與唯一性153 11.1.2線性齊次微分方程組的解空間153 11.1.3系統的狀態轉移矩陣153 11.1.4系統狀態轉移矩陣的性質154 11.1.5系統的自由運動155 11.1.6線性時變系統的一般運動155 11.1.7線性時變系統狀態轉移矩陣Φ(t，t0)的計算157 11.2線性時不變系統狀態方程的求解158 11.2.1狀態轉移矩陣158 11.2.2狀態轉移矩陣的性質160 11.2.3狀態轉移矩陣Φ(t)的計算160 11.2.4線性時不變系統的運動166 11.3線性連續系統狀態空間表達式的離散化168 11.3.1線性時變系統的離散化168 11.3.2線性時不變系統的離散化169 11.3.3近似離散化171 11.4離散系統狀態方程的解172 11.4.1遞推法172 11.4.2z變換法175 小結177 習題177 第12章線性時不變系統的能控性和能觀性180 12.1系統的能控性及其判別180 12.1.1能控性定義181 12.1.2能控性判據182 12.2系統的能觀性及其判別185 12.2.1能觀性定義185 12.2.2能觀性判據186 12.3能控性與能觀性的對偶關系187 12.3.1對偶系統187 12.3.2對偶原理187 12.4約當型方程的能控性、能觀性187 12.4.1線性變換不改變系統的能控性、能觀性判據188 12.4.2約當型方程的能控性、能觀性判據188 12.5線性離散系統的能控性與能觀性190 12.5.1能控性191 12.5.2能觀性192 12.6線性時不變系統結構分解193 12.6.1系統狀態空間結構及子空間的性質194 12.6.2系統的結構分解196 12.7線性時不變系統的標準型與最小實現201 12.7.1化系統狀態空間描述為能控規范型201 12.7.2線性時不變系統的最小 實現207 小結208 習題209 第13章系統的運動穩定性213 13.1BIBO穩定性213 13.1.1BIBO穩定的概念213 13.1.2判據214 13.2李雅普諾夫穩定性定義215 13.2.1系統的平衡狀態215 13.2.2李雅普諾夫穩定性的幾個定義216 13.3李雅普諾夫第一法217 13.3.1線性系統的穩定判據218 13.3.2非線性系統的穩定性218 13.3.3系統內部穩定和外部穩定的關系219 13.4李雅普諾夫第二法221 13.4.1預備知識222 13.4.2李雅普諾夫第二法的判穩定理223 13.5線性系統穩定性分析229 13.5.1線性時不變連續系統漸近穩定的判別229 13.5.2線性時不變離散系統漸近穩定的判別234 13.5.3線性時變連續系統漸近穩定的判別235 13.6李雅普諾夫方法在非線性系統中的應用236 13.6.1克拉索夫斯基法236 13.6.2變量梯度法238 小結241 習題242 第14章線性時不變系統的綜合244 14.1反饋控制系統的基本結構244 14.1.1狀態反饋246 14.1.2輸出反饋246 14.1.3反饋控制系統的能控能觀性247 14.2狀態反饋系統的極點配置249 14.2.1極點配置定理249 14.2.2系統極點配置252 14.2.3狀態反饋的應用——狀態反饋下閉環系統的鎮定問題263 14.3狀態重構與狀態觀測器的設計264 14.3.1狀態估計264 14.3.2全維觀測器設計264 14.3.3降維觀測器267 14.4帶觀測器的狀態反饋系統的綜合270 14.4.1系統的描述270 14.4.2閉環系統的基本特性271 小結273 習題273 參考文獻276
前言
緒論1
第五篇線性離散控制系統篇5
第8章線性離散控制系統6
8.1概述6
8.1.1離散控制系統簡介6
8.1.2離散控制系統的特點和研究方法8
8.2信號采樣與恢復8
8.2.1信號采樣9
8.2.2采樣定理10
8.2.3信號恢復12
8.3z變換13
8.3.1z變換的定義13
8.3.2z變換的方法14 目錄 前言 緒論1 第五篇線性離散控制系統篇5 第8章線性離散控制系統6 8.1概述6 8.1.1離散控制系統簡介6 8.1.2離散控制系統的特點和研究方法8 8.2信號采樣與恢復8 8.2.1信號采樣9 8.2.2采樣定理10 8.2.3信號恢復12 8.3z變換13 8.3.1z變換的定義13 8.3.2z變換的方法14 8.3.3z變換的基本定理17 8.3.4z反變換19 8.4離散控制系統的數學模型22 8.4.1差分方程22 8.4.2脈沖傳遞函數24 8.4.3離散控制系統的動態結構圖27 8.5離散控制系統的性能分析33 8.5.1穩定性33 8.5.2動態性能39 8.5.3穩態誤差42 8.6離散控制系統的數字校正45 8.6.1模擬控制器的離散化46 8.6.2根軌跡法校正47 8.6.3頻率特性法校正50 8.6.4數字控制器直接設計法52 小結63 習題64 第六篇非線性控制系統基 礎篇69第9章非線性控制系統70 9.1概述70 9.1.1非線性系統70 9.1.2常見的非線性特性71 9.1.3非線性控制系統的特點73 9.2相平面法74 9.2.1相平面法的基本概念74 9.2.2相平面圖的繪制77 9.2.3非線性控制系統的相平面 分析83 9.3描述函數法91 9.3.1描述函數法的基本概念91 9.3.2非線性特性的描述函數92 9.3.3非線性控制系統的描述函數 法分析97 9.4改善非線性控制系統 性能的措施104 9.4.1改變線性部分的參數和結構104 9.4.2改變非線性特性105 9.4.3非線性特性的利用106 小結107 習題108 第七篇現代控制理論基礎篇113 第10章控制系統的狀態空間描述114 10.1控制系統及其描述114 10.1.1控制系統114 10.1.2控制系統的特性與分類114 10.1.3控制系統的輸入.輸出描述115 10.2控制系統的狀態空間模型117 10.2.1基本概念117 10.2.2線性系統的狀態空間描述121 10.2.3狀態空間描述的模擬結構圖123 10.3系統狀態空間表達式的建立124 10.3.1由系統的模擬結構圖建立狀態空間表達式124 10.3.2由系統的物理機理直接建立狀態空間表達式125 10.3.3由系統的微分方程或傳遞函數建立狀態空間描述128 10.4狀態空間描述的線性變換131 10.4.1線性變換131 10.4.2系統的特征值和特征向量133 10.4.3化狀態空間表達式為對角線標準型134 10.4.4化狀態空間表達式為約當標準型136 10.5由狀態空間描述求傳遞函數陣139 10.5.1系統的傳遞函數矩陣139 10.5.2系統的輸入.輸出描述與狀態空間描述方法比較142 10.6組合系統的狀態空間描述和傳遞函數陣142 10.6.1并聯組合系統143 10.6.2串聯組合系統143 10.6.3輸出反饋系統144 10.7離散系統的狀態空間描述144 10.8系統模型的計算機表示及轉換145 10.8.1模型的建立與轉換146 10.8.2建立組合系統的狀態空間描述148 小結150 習題150 第11章線性控制系統的動態分析153 11.1線性時變系統狀態方程的求解153 11.1.1線性時變系統狀態方程解的存在性與唯一性153 11.1.2線性齊次微分方程組的解空間153 11.1.3系統的狀態轉移矩陣153 11.1.4系統狀態轉移矩陣的性質154 11.1.5系統的自由運動155 11.1.6線性時變系統的一般運動155 11.1.7線性時變系統狀態轉移矩陣Φ(t，t0)的計算157 11.2線性時不變系統狀態方程的求解158 11.2.1狀態轉移矩陣158 11.2.2狀態轉移矩陣的性質160 11.2.3狀態轉移矩陣Φ(t)的計算160 11.2.4線性時不變系統的運動166 11.3線性連續系統狀態空間表達式的離散化168 11.3.1線性時變系統的離散化168 11.3.2線性時不變系統的離散化169 11.3.3近似離散化171 11.4離散系統狀態方程的解172 11.4.1遞推法172 11.4.2z變換法175 小結177 習題177 第12章線性時不變系統的能控性和能觀性180 12.1系統的能控性及其判別180 12.1.1能控性定義181 12.1.2能控性判據182 12.2系統的能觀性及其判別185 12.2.1能觀性定義185 12.2.2能觀性判據186 12.3能控性與能觀性的對偶關系187 12.3.1對偶系統187 12.3.2對偶原理187 12.4約當型方程的能控性、能觀性187 12.4.1線性變換不改變系統的能控性、能觀性判據188 12.4.2約當型方程的能控性、能觀性判據188 12.5線性離散系統的能控性與能觀性190 12.5.1能控性191 12.5.2能觀性192 12.6線性時不變系統結構分解193 12.6.1系統狀態空間結構及子空間的性質194 12.6.2系統的結構分解196 12.7線性時不變系統的標準型與最小實現201 12.7.1化系統狀態空間描述為能控規范型201 12.7.2線性時不變系統的最小 實現207 小結208 習題209 第13章系統的運動穩定性213 13.1BIBO穩定性213 13.1.1BIBO穩定的概念213 13.1.2判據214 13.2李雅普諾夫穩定性定義215 13.2.1系統的平衡狀態215 13.2.2李雅普諾夫穩定性的幾個定義216 13.3李雅普諾夫第一法217 13.3.1線性系統的穩定判據218 13.3.2非線性系統的穩定性218 13.3.3系統內部穩定和外部穩定的關系219 13.4李雅普諾夫第二法221 13.4.1預備知識222 13.4.2李雅普諾夫第二法的判穩定理223 13.5線性系統穩定性分析229 13.5.1線性時不變連續系統漸近穩定的判別229 13.5.2線性時不變離散系統漸近穩定的判別234 13.5.3線性時變連續系統漸近穩定的判別235 13.6李雅普諾夫方法在非線性系統中的應用236 13.6.1克拉索夫斯基法236 13.6.2變量梯度法238 小結241 習題242 第14章線性時不變系統的綜合244 14.1反饋控制系統的基本結構244 14.1.1狀態反饋246 14.1.2輸出反饋246 14.1.3反饋控制系統的能控能觀性247 14.2狀態反饋系統的極點配置249 14.2.1極點配置定理249 14.2.2系統極點配置252 14.2.3狀態反饋的應用——狀態反饋下閉環系統的鎮定問題263 14.3狀態重構與狀態觀測器的設計264 14.3.1狀態估計264 14.3.2全維觀測器設計264 14.3.3降維觀測器267 14.4帶觀測器的狀態反饋系統的綜合270 14.4.1系統的描述270 14.4.2閉環系統的基本特性271 小結273 習題273 參考文獻276
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