《現代控制理論》介紹現代控制理論最基本的知識和方法，內容以線性系統理論基本知識為基礎，以系統狀態空間描述、線性系統結構特性分析、線性定常系統狀態反饋綜合為重點，并適當介紹了非線性系統分析及最優控制、最優估計的初步知識。《現代控制理論》力求基本知識結構的完整，注重知識內容與物理概念的結合，并關注理論的工程應用，還融入了Matlab及Simulink的應用。
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《現代控制理論》較適用于“研究主導型”及“工程研究應用型”自動化類專業本科生，也可供其他相關專業本科生或研究生及相關領域的工程技術人員使用。
隨著科學技術的不斷進步，電氣工程與自動化技術正以令人矚目的發展速度，改變著我國工業的整體面貌。同時，對社會的生產方式、人們的生活方式和思想觀念也產生了重大的影響，并在現代化建設中發揮著越來越重要的作用。隨著與信息科學、計算機科學和能源科學等相關學科的交叉融合，它正在向智能化、網絡化和集成化的方向發展。
教育是培養人才和增強民族創新能力的基礎，高等學校作為國家培養人才的主要基地，肩負著教書育人的神圣使命。在實際教學中，根據社會需求，構建具有時代特征、反映最新科技成果的知識體系是每個教育工作者義不容辭的光榮任務。
教書育人，教材先行。機械工業出版社幾十年來出版了大量的電氣工程與自動化類教材，有些教材十幾年、幾十年長盛不衰，有著很好的基礎。為了適應我國目前高等學校電氣工程與自動化類專業人才培養的需要，配合各高等學校的教學改革進程，滿足不同類型、不同層次的學校在課程設置上的需求，由中國機械工業教育協會電氣工程及自動化學科教育委員會、中國電工技術學會高校工業自動化教育專業委員會、機械工業出版社共同發起成立了“全國高等學校電氣工程與自動化系列教材編審委員會”，組織出版新的電氣工程與自動化類系列教材。這類教材基于“加強基礎，削枝強干。循序漸進，力求創新"的原則，通過對傳統課程內容的整合、交融和改革，以不同的模塊組合來滿足各類學校特色辦學的需要。并力求做到：
1.適用性：結合電氣工程與自動化類專業的培養目標、專業定位，按技術基礎課、專業基礎課、專業課和教學實踐等環節，進行選材組稿。對有的具有特色的教材采取一綱多本的方法。注重課程之間的交叉與銜接，在滿足系統性的前提下，盡量減少內容上的重復。
2.示范性：力求教材中展現的教學理念、知識體系、知識點和實施方案在本領域中具有廣泛的輻射性和示范性，代表并引導教學發展的趨勢和方向。
3.創新性：在教材編寫中強調與時俱進，對原有的知識體系進行實質性的改革和發展，鼓勵教材涵蓋新體系、新內容、新技術，注重教學理論創新和實踐創新，以適應新形勢下的教學規律。
4.權威性：本系列教材的編委由長期工作在教學第一線的知名教授和學者組成。他們知識淵博，經驗豐富，組稿過程嚴謹細致，對書目確定、主編征集、資料申報和專家評審等都有明確的規范和要求。
趙光宙，1946年生，1970年畢業于清華大學工業電氣自動化專業，分別于1981年、1988年獲浙江大學工業自動化專業碩士學位和電力系統及其自動化專業博士學位。現為浙江大學電氣工程學院教授、博士生導師，擔任電氣工程學院學術委員會主任。浙江大學寧波理工學院信息科學與工程分院院長。
長期從事控制理論及控制工程、信號分析與處理、電力電子與電力傳動等領域的教學與科研工作，發表學術論文180余篇，獲省、部級科學技術獎4項、國家級教學成果獎1項、省級教學成果獎1項，出版教材、手冊等多部。
現擔任教育部高等學校自動化專業教學指導分委員會委員，中國電工技術學會高校工業自動化教育專委會副主任，中國機械工業教育協會常務理事暨自動化分學科委員會主任，中國人工智能學會神經網絡與計算智能專委會副主任，中國電工技術學會電控系統與裝置專委會常委，中國自動化學會電氣自動化專委會常委等學術職務。
序
前言
緒論
一、控制理論的發展回顧
二、現代控制理論的主要內容
三、Matlab控制系統工具箱簡介
四、關于本書
思考題
第一章 動態系統的狀態空間描述
第一節 狀態空間描述的基本概念
一、狀態和狀態空間
二、系統的狀態空間表達式
三、系統狀態空間描述的圖示形式
四、穩態方程和偏差量方程
第二節 狀態空間表達式的建立
一、從系統的運行機理出發建立狀態空間表達式
二、由經典控制理論中的系統運動方程式建立狀態空間表達式
三、由系統結構圖建立狀態空間表達式
第三節 由系統狀態空間表達式求系統輸入輸出描述
一、單輸入單輸出的情況
二、多輸入多輸出的情況
三、組合系統
第四節 狀態空間的線性變換
一、狀態變量的線性變換
二、系統特征結構的不變性
三、將系統的一般狀態空間描述變換為特征值規范型
第五節 離散時間系統的狀態空間描述
一、離散系統的狀態空間表達式
二、由差分方程或脈沖傳遞函數化為狀態空間表達式
三、由狀態空間表達式求脈沖傳遞函數矩陣
第六節 應用Matlab的模型處理
一、系統模型的表示
二、傳遞函數模型與狀態空間模型的相互轉換
三、線性變換
四、組合系統的模型
本章要點
思考題
練習題
上機練習題
第二章 線性動態系統的運動分析
第一節 線性定常系統的運動分析
一、線性定常系統齊次狀態方程的解
二、狀態轉移矩陣的性質
三、狀態運動模態
四、矩陣指數eAt的計算方法
五、線性定常系統非齊次狀態方程的解
第二節 線性時變系統的運動分析
一、線性時變齊次狀態方程的解
二、線性時變系統狀態轉移矩陣的性質
三、線性時變非齊次狀態方程的解
第三節 線性離散系統的運動分析
一、離散系統狀態方程的解
二、線性連續系統的離散化
第四節 應用Matlab的系統運動分析
一、線性定常連續系統的運動分析
二、連續系統的離散化
三、線性定常離散系統的運動分析
本章要點
思考題
練習題
上機練習題
第三章 動態系統的穩定性及李雅普諾
夫分析方法
第一節 穩定性基本概念
一、外部穩定性與內部穩定性
二、李雅普諾夫穩定性基本概念
第二節 李雅普諾夫穩定性分析方法
一、李雅普諾夫第一法
二、李雅普諾夫第二法
第三節 線性系統的李雅普諾夫穩定性分析方法
一、定常連續系統
二、時變連續系統
三、定常離散系統
四、時變離散系統
第四節 非線性系統的李雅普諾夫穩定性分析方法
一、克拉索夫斯基法
二、變量梯度法
第五節 應用Matlab的系統穩定性分析
一、基于李雅普諾夫第一法的穩定性分析
二、基于李雅普諾夫第二法的穩定性分析
本章要點
思考題
練習題
上機練習題
第四章 線性系統的能控性與能觀性分析
第一節 系統能控性和能觀性的直觀示例
第二節 連續系統能控性及其判據
一、能控性定義
二、能控性基本判據
三、定常系統能控性判據
四、定常系統的輸出能控性
第三節 連續系統能觀性及其判據
一、能觀性定義
二、能觀性基本判據
三、能控性與能觀性的對偶關系
四、定常系統能觀性判據
第四節 線性離散系統的能控性與能觀性
一、能控性
二、能觀性
三、連續系統離散化后的能控性和能觀性
第五節 線性定常系統的能控規范型與能觀規范型
一、單輸入單輸出系統
二、多輸入多輸出系統
第六節 線性系統的結構分解
一、系統能控性、能觀性在線性變換下的屬性
二、按能控性分解
三、按能觀性分解
四、系統結構的規范分解
五、線性系統的結構分解與傳遞函數矩陣
第七節 能控性、能觀性與傳遞函數(矩陣)的關系
一、單輸入單輸出系統
二、多輸入多輸出系統
三、能控、能觀系統外部穩定性與內部穩定性的等價
第八節 應用Matlab的系統能控性、能觀性分析
一、系統能控性、能觀性判別
二、線性系統的結構分解
本章要點
思考題
練習題
上機練習題
第五章 線性反饋控制系統的綜合
第一節 狀態反饋控制系統
一、狀態反饋控制系統的構成
二、狀態反饋控制系統極點任意配置的條件
三、單輸入系統極點配詈算法
四、多輸入系統極點配置算法
五、關于極點配置的幾點說明
六、狀態反饋對系統能控性和能觀性的影響
第二節 輸出反饋控制系統
一、輸出反饋控制系統的構成
二、輸出反饋控制系統的極點配置
三、輸出反饋對系統能控性和能觀性的影響
第三節 系統鎮定問題
一、狀態反饋鎮定
二、輸出反饋鎮定
第四節 跟蹤控制與擾動抑制問題
一、問題的描述
二、具有擾動抑制的漸近跟蹤控制系統
三、具有輸入變換的跟蹤控制
第五節 解耦控制問題
一、問題的描述
二、串聯補償解耦
三、狀態反饋動態解耦
四、狀態反饋靜態解耦
第六節 線性二次型最優控制
一、線性二次型最優控制問題
二、最優狀態調節器
三、最優輸出調節器
四、最優輸出跟蹤器
第七節 應用Matlab的線性反饋控制系統綜合
一、狀態反饋極點配置
二、求解線性二次型最優控制
本章要點
思考題
練習題
上機練習題
第六章 狀態觀測與狀態最優估計
第一節 狀態重構與狀態觀測器
一、狀態重構問題
二、全維狀態觀測器
三、降維狀態觀測器
四、擾動觀測器
第二節 引入觀測器的狀態反饋控制系統
一、系統的構成
二、系統的特性
三、狀態重構反饋與帶補償器輸出反饋的等價
第三節 狀態最優估計
一、狀態估計問題的描述
二、最小二乘估計
三、線性最小方差估計
四、卡爾曼濾波
五、隨機線性系統的最優控制
第四節 應用Matlab的狀態觀測及狀態估計
一、狀態觀測器設計
二、應用Matlab的狀態估計
本章要點
思考題
練習題
上機練習題
第七章 現代控制理論的應用舉例
第一節 現代控制理論實際應用中的一些問題
一、系統數學模型的建立
二、系統分析
三、系統綜合與設計
第二節 單倒立擺控制系統
一、系統的數學模型
二、系統的結構特性分析
三、狀態反饋控制系統設計
四、具有狀態觀測器的狀態反饋控制系統設計
五、最優狀態調節器設計
第三節 橋式吊車控制系統
一、系統的數學模型
二、系統的結構特性分析
三、狀態反饋跟蹤控制系統設計
四、具有狀態觀測器的狀態反饋跟蹤控制系統設計
五、具有擾動抑制的漸近跟蹤控制系統設計
六、最優輸出跟蹤器設計
七、模型的進一步簡化
本章要點
思考題
上機練習題
參考文獻
“自動化”是現代化的顯著標志之一，它可以理解為一個設備、一個系統或者一個過程采用一系列特定的技術，在沒有人參與或盡量少人參與的情況下實現預期目標的運行過程或運行狀態。其中所采用的技術就是自動控制技術，而這一技術的理論基礎是自動控制理論。
自動控制系統是指能夠實現“自動化”任務的設備，它是工程技術領域的人造系統。通常自動控制系統是一個動態系統，即系統的輸出不僅與同一時刻的輸入有關，還與該時刻以前的積累有關。自動控制系統一般由控制器和控制對象組成，為了實現自動控制的目的，控制器要遵循一定的控制規律，這就是自動控制理論所研究和闡述的內容。自動控制理論從三個方面對自動控制系統進行研究和闡述：
1.系統的模型系統是一個廣義的概念，它無處不在、無時不有，大到宇宙、小到一個原子都可以看做系統。系統物理形態的多樣性要求在研究具體系統時能拋開它的物理屬性，而用一種抽象化的表示，即稱為系統模型的形式表示出來。通常，可以把一個動態系統所處的狀態分為運動和靜止兩種，運動狀態是指系統中變化的量尚處于變化過程的狀態，而靜止狀態是指系統中的變量已達到某一定值并不再變化的狀態。各種系統的動態和靜態都會滿足一定的規律，如果這些規律可以用數學方程式的形式表示出來，就得到系統的數學模型。從形式化的角度來看，系統的數學模型只描述了系統中各個變量之間的相互關系，而完全不再理會它們的物理特征，如一個機械一力學系統和一個電網絡系統可以用同一個數學方程式描述。自動控制系統中較受關注的是系統的動態，所以描述系統動態的動態方程是控制理論研究的主要對象。
2.系統的分析已知一個自動控制系統的結構組成，即給出了表示系統運動規律的數學模型，研究這個自動控制系統具有什么樣的特性，是自動控制理論所研究的第二方面的問題，即系統的分析。3.控制系統的綜合已知對控制系統性能指標的要求，確定控制系統應具有怎樣的結構組成才能滿足該要求，這是系統分析的逆命題。因為自動控制系統中被控對象、測量環節等都是確定的，可變的只有控制環節，所以控制系統所應具有的結構組成只能落實到控制環節中實現。這時也可以理解為控制器應采用什么樣的控制規律去滿足控制系統的性能指標要求。這就是控制器的設計問題，它是自動控制系統設計的基礎。這里要說明的是，自動控制理論所關注的是控制器應具有什么樣的形式（主要指應具有什么樣的數學描述），而不關心它的具體物理實現，例如采用什么樣的電路，由哪些元器件組成，這些元器件如何布排等，所以稱之為“綜合”比“設計”更合適。
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