《現(xiàn)代控制工程》以本科生為主要教學(xué)對(duì)象，從應(yīng)用角度介紹在工程中已經(jīng)廣泛應(yīng)用的一些現(xiàn)代控制方法，并盡可能結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用新理論解決工程問題。
《現(xiàn)代控制工程》由王萬(wàn)良編著，共12章，1-7章為控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間方法以及最優(yōu)控制理論，包括狀態(tài)方程、李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)、動(dòng)態(tài)性能分析、能控性和能觀性、狀態(tài)反饋控制與狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)以及線性二次型最優(yōu)控制方法，這部分內(nèi)容能夠滿足許多高校現(xiàn)有“現(xiàn)代控制理論”課程的教學(xué)需要。8～12章介紹了在工程中已經(jīng)成功應(yīng)用的現(xiàn)代控制方法的基本內(nèi)容，分別是最小二乘系統(tǒng)辨識(shí)、不確定系統(tǒng)的自校正控制、預(yù)測(cè)控制、模糊控制和專家控制系統(tǒng)，這些內(nèi)容彼此相對(duì)獨(dú)立，可以任選其中部分內(nèi)容講授，仍可保持體系結(jié)構(gòu)的完整性。
《現(xiàn)代控制工程》是作者編著的“2009年度普通高等教育精品教材”《自動(dòng)控制原理》的姊妹教材，可作為自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、機(jī)械工程等本科專業(yè)現(xiàn)代控制理論、智能控制等課程教材，也可作為非控制專業(yè)研究生學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制工程課程的教材�！冬F(xiàn)代控制工程》配有電子教案、習(xí)題詳細(xì)解答等教學(xué)資源。
王萬(wàn)良，男，1957年出生，江蘇高郵人。1982年1月江蘇大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)量畢業(yè)。2001年8月同濟(jì)大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)博士研究生畢業(yè)，獲工學(xué)博士學(xué)位。1997年晉升教授�，F(xiàn)任浙江工業(yè)大學(xué)教授、控制理論與控制工程專業(yè)尊士生導(dǎo)師、技術(shù)經(jīng)濟(jì)及管理專業(yè)博士生導(dǎo)師、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)、軟件學(xué)院院長(zhǎng)、控制理論與控制工程（浙江省高校重點(diǎn)學(xué)科）學(xué)科帶頭人、博士點(diǎn)負(fù)責(zé)人。兼任教育部高等學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)委員、中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)理事、智能系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)副主任、中國(guó)系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)理事、《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》編委、國(guó)家科技獎(jiǎng)評(píng)審專家、浙江省重大科技專項(xiàng)咨詢專家等職。獲國(guó)務(wù)院“政府特殊津貼”。
在自動(dòng)控制、人工智能及其應(yīng)用研究方面，主持完成國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家863計(jì)劃、省重大科技計(jì)劃等20多項(xiàng)，獲得省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)6項(xiàng)，發(fā)表100余篇學(xué)術(shù)論文，出版學(xué)術(shù)專著《生產(chǎn)調(diào)度智能算法及其應(yīng)用》、《網(wǎng)絡(luò)控制與調(diào)度方法及其應(yīng)用》。
在教學(xué)方面，主持國(guó)家精品課程“自動(dòng)控制原理”建設(shè)工作，為本科生、研究生講授“人工智能及其應(yīng)用”、“自動(dòng)控制原理”等多門課程，教學(xué)效果優(yōu)秀，獲得“國(guó)家級(jí)教學(xué)名師”、“浙江省教學(xué)名師”、“浙江工業(yè)大學(xué)教學(xué)名師”、“十佳中青年講課教師”等稱號(hào)。
第1章 緒論
1.1 現(xiàn)代控制工程的發(fā)展
1.2 本書的內(nèi)容與安排
第2章 狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型
2.1 狀態(tài)與狀態(tài)空間的概念
2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型
2.2.1 建立狀態(tài)空間模型的方法
2.2.2 由狀態(tài)空間模型求微分方程
2.3 線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型與線性變換
2.3.1 SISO（single Input Single Output）線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型
2.3.2 MIMO （Multiple Input Multiple Output）線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型
2.3.3 狀態(tài)方程的線性變換
2.4 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
2.4.1 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)問題
2.4.2 不含有輸入導(dǎo)數(shù)項(xiàng)的微分方程的實(shí)現(xiàn)
2.4.3 含有輸入導(dǎo)數(shù)項(xiàng)的微分方程的實(shí)現(xiàn)
2.5 多變量系統(tǒng)的傳遞矩陣
2.5.1 多變量系統(tǒng)傳遞矩陣的概念
2.5.2 從狀態(tài)空間模型求傳遞矩陣
2.5.3 多變量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)化
2.6 控制系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間模型
2.7 MATLAB在狀態(tài)空間模型建立中的應(yīng)用
2.7.1 傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換到狀態(tài)空間模型
2.7.2 狀態(tài)方程的線性變換
2.7.3 狀態(tài)空間模型轉(zhuǎn)換到傳遞函數(shù)
本章小結(jié)
習(xí)題
第3章 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
3.1 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性定義
3.1.1 范數(shù)的概念
3.1.2 平衡狀態(tài)
3.1.3 李雅普諾夫穩(wěn)定性定義
3.2 控制系統(tǒng)穩(wěn)定的條件
3.2.1 單變量線性定常連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定條件
3.2.2 多變量線性定常連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定條件
3.2.3 單變量線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件
3.2.4 多變量線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)定條件
3.3 李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)
3.3.1 函數(shù)的正定性
3.3.2 非線性系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)
3.4 線性系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)
3.4.1 線性連續(xù)系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)
3.4.2 線性離散系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)
*3.5 非線性系統(tǒng)的克拉索夫斯基穩(wěn)定判據(jù)
*3.6 非線性系統(tǒng)的小偏差線性化方法
3.6.1 小偏差線性化的基本思想
3.6.2 小偏差線性化方法
3.6.3 李雅普諾夫第一法
3.7 MATLAB在系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用
本章小結(jié)
習(xí)題
第4章 線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析
4.1 線性連續(xù)定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解
4.1.1 齊次狀態(tài)方程的求解
4.1.2 非齊次狀態(tài)方程的求解
4.2 線性連續(xù)時(shí)變系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解
4.2.1 齊次狀態(tài)方程的解
4.2.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì)
4.2.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計(jì)算
4.2.4 非齊次狀態(tài)方程的解
4.3 線性離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解
4.3.1 齊次狀態(tài)方程的解
4.3.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì)
4.3.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計(jì)算
……
第5章 線性系統(tǒng)的能控性和能觀性分析
第6章 狀態(tài)反饋控制與狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)
第7章 最優(yōu)控制
第8章 系統(tǒng)辨識(shí)
第9章 自適應(yīng)控制
第10章 預(yù)測(cè)控制
第11章 模糊控制
第12章 專家系統(tǒng)與專家控制系統(tǒng)
第13章 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
習(xí)題參考答案
參考文獻(xiàn)
這種理論的發(fā)展已獲得許多應(yīng)用，例如在模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，超穩(wěn)定性設(shè)計(jì)已成為一種重要的設(shè)計(jì)原則。1960年，卡爾曼發(fā)表“控制系統(tǒng)的一般理論”等論文，引入狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出能控性、能觀測(cè)性、最佳調(diào)節(jié)器和卡爾曼濾波等概念，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)。1963年，中外學(xué)者提出極點(diǎn)配置基本定理。1964年，D.G.呂思伯格發(fā)表“多變量系統(tǒng)觀測(cè)器”，提出一種最優(yōu)觀測(cè)器。狀態(tài)空間法能夠描述系統(tǒng)內(nèi)部特性，能夠在時(shí)域里分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)，同時(shí)適用于單輸入單輸出和多輸入多輸出系統(tǒng)、線性定常系統(tǒng)和線性時(shí)變系統(tǒng)，大大擴(kuò)展了能夠處理問題的范圍。1970年，英國(guó)羅森布羅克（H.H.Rosenbrock）提出多變量頻域法，將經(jīng)典控制理論中的頻域方法推廣到多變量系統(tǒng)。
控制理論是基于數(shù)學(xué)模型來分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)，所以，如何得到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型成為控制理論應(yīng)用的瓶頸問題。1967年，瑞典阿斯特勒姆（K.J.Astrom）提出最小二乘系統(tǒng)辨識(shí)方法，解決了線性定常系統(tǒng)的參數(shù)估計(jì)和定階問題。
20世紀(jì)80年代以來，計(jì)算機(jī)的快速更新?lián)Q代極大地推動(dòng)了控制理論的發(fā)展。目前，控制理論已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。世界各國(guó)工業(yè)向著大型、綜合化發(fā)展，控制系統(tǒng)也變得越來越復(fù)雜。實(shí)際控制系統(tǒng)的復(fù)雜性可歸納為：
（1）對(duì)象復(fù)雜。不只是一種單一的運(yùn)動(dòng)，往往是幾種物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，甚至同時(shí)進(jìn)行著物理、化學(xué)、生物的反應(yīng)，內(nèi)部機(jī)理不甚清楚。系統(tǒng)往往是非線性、多變量、強(qiáng)耦合、高維數(shù)的。對(duì)象的特性（包括結(jié)構(gòu)、參數(shù)等）在變化，存在著許多不確定性因素。難于用常規(guī)的數(shù)學(xué)工具建模并研究這些對(duì)象。輸入信息多樣化、數(shù)據(jù)量龐大。信息方式不是單一的，往往是多媒體的（例如圖形、文字、聲音、數(shù)字等）。
（2）環(huán)境復(fù)雜。系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)變化的、難于預(yù)先知道的環(huán)境中，存在大量的不確定因素，如環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化、輸入輸出信息中的噪聲、人為的和自然的干擾與誤差，信息的模糊性、偶然性、未知性、不完全性等。
（3）任務(wù)復(fù)雜。控制任務(wù)不只限于反饋系統(tǒng)的調(diào)節(jié)（定值）、伺服（跟蹤）問題。而要求監(jiān)控、優(yōu)化、診斷、預(yù)報(bào)、調(diào)度、規(guī)劃、決策等。控制形式也擴(kuò)大到視覺、觸覺、聲覺、協(xié)調(diào)控制、自主控制、避撞控制、適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境等。系統(tǒng)往往具有多層次、多目標(biāo)的控制要求。控制中的計(jì)算復(fù)雜性增加，且不限于數(shù)值計(jì)算。
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