本書主要介紹優控制理論的基礎知識，包括優控制系統設計的基本方法，即變分法、極小值原理和動態規劃；介紹優控制幾類典型問題的求解，包括時間短控制和燃料省控制、線性二次型優調節控制、線性優跟蹤控制；簡要介紹H2和H∞控制理論及基于信號補償的魯棒優控制方法。本書可作為自動化專業研究生的教科書，也可作為其他與控制相關專業的研究生以及科技人員的參考書。
1、 從不同類型的實際問題出發，說明最優控制問題的背景和特點。
2、 對最優控制理論方法的介紹，從簡到難，由淺入深，便于學生循序漸進地學習，逐漸加深對理論方法的理解。
3、 適當選取內容，避免工科學生不熟悉的數學基礎，便于教學和自學。
4、 舉例盡可能結合實際問題，提高學生學習理論方法的興趣，激發學生利用所學理論方法求解實際問題的積極性。
5、 適當安排習題，以便加強學生對主要知識點的理解和掌握。
為適應我國對高等學校自動化專業人才培養的需要，配合各高校教學改革的進程，創建一套符合自動化專業培養目標和教學改革要求的新型自動化專業系列教材，“教育部高等學校自動化專業教學指導分委員會”(簡稱“教指委”)聯合了“中國自動化學會教育工作委員
會”、“中國電工技術學會高校工業自動化教育專業委員會”、“中國系統仿真學會教育工作委員會”和“中國機械工業教育協會電氣工程及自動化學科委員會”四個委員會，以教學創新為指導思想，以教材帶動教學改革為方針，設立專項資助基金，采用全國公開招標方式，組織編寫出版了一套自動化專業系列教材——《全國高等學校自動化專業系列教材》。
本系列教材主要面向本科生，同時兼顧研究生； 覆蓋面包括專業基礎課、專業核心課、專業選修課、實踐環節課和專業綜合訓練課； 重點突出自動化專業基礎理論和前沿技術； 以文字教材為主，適當包括多媒體教材； 以主教材為主，適當包括習題集、實驗指導書、教師參考書、多媒體課件、網絡課程腳本等輔助教材； 力求做到符合自動化專業培養目標、反映自動化專業教育改革方向、滿足自動化專業教學需要； 努力創造使之成為具有先進性、創新性、適用性和系統性的特色品牌教材。
本系列教材在“教指委”的領導下，從2004年起，通過招標機制，計劃用3~4年時間出版50本左右教材，2006年開始陸續出版問世。為滿足多層面、多類型的教學需求，同類教材可能出版多種版本。
本系列教材的主要讀者群是自動化專業及相關專業的大學生和研究生，以及相關領域和部門的科學工作者和工程技術人員。我們希望本系列教材既能為在校大學生和研究生的學習提供內容先進、論述系統和適于教學的教材或參考書，也能為廣大科學工作者和工程技術人員的知識更新與繼續學習提供適合的參考資料。感謝使用本系列教材的廣大教師、學生和科技工作者的熱情支持，并歡迎提出批評和意見。
《全國高等學校自動化專業系列教材》編審委員會
2005年10月于北京
第1章最優控制問題的提出和數學描述
1.1最優控制問題舉例
1.2最優控制問題的數學描述
習題1
第2章函數極值的基本理論
2.1向量函數的無條件極值
2.2等式約束下的向量函數極值
2.3不等式約束下的向量函數極值
習題2
第3章最優控制中的變分法
3.1變分法基本原理
3.2無終端約束的最優控制
3.3終端固定約束的最優控制
3.4終端等式約束的最優控制
3.5終端時刻自由的最優控制
3.6內點等式約束的最優控制
3.7離散時間系統最優控制
習題3
第4章極小值原理
4.1定常系統極小值原理
4.2時變系統極小值原理
4.3不等式過程約束下的最優控制
4.4積分過程約束下的最優控制
4.5離散時間系統極小值原理
習題4
第5章動態規劃
5.1Bellman最優性原理
5.2離散系統最優控制的動態規劃求解
5.3連續系統最優控制的動態規劃求解
5.4三種經典方法的比較
習題5
第6章時間最短和燃料最省控制
6.1時間最短控制與BangBang控制原理
6.2線性定常系統時間最短控制
6.3線性定常系統燃料最省控制
6.4時間與燃料綜合最優控制
習題6
第7章線性二次型最優調節器設計
7.1最優調節器問題
7.2連續時間系統有限時間最優狀態調節器
7.3連續時間系統無限時間最優狀態調節器
7.3.1線性時變系統的情形
7.3.2線性定常系統的情形
7.3.3無限時間最優狀態調節系統的穩定性
7.4指定衰減速度的最優狀態調節器
7.5利用狀態觀測器的最優狀態調節器
7.5.1全維狀態觀測器的情形
7.5.2降維狀態觀測器的情形
7.6離散時間系統最優狀態調節器
7.6.1離散時間系統有限時間最優調節器
7.6.2離散時間系統無限時間最優調節器
習題7
第8章最優狀態調節系統的魯棒穩定性
8.1最優狀態調節器的頻域公式
8.2最優狀態調節系統的穩定余量
8.3最優狀態調節系統對非線性攝動的魯棒穩定性
習題8
第9章最優控制系統的漸近特性和加權矩陣的選擇
9.1單輸入最優控制系統閉環極點的漸近特性
9.2多輸入最優控制系統閉環極點的漸近特性
9.3線性最優調節器的加權矩陣選取
習題9
第10章線性最優跟蹤控制器設計
10.1軌跡跟蹤問題的三種類型
10.2連續時間系統最優跟蹤控制器
10.2.1連續系統最優伺服控制器
10.2.2連續系統最優跟蹤控制器
10.2.3連續系統最優模型跟隨控制器
10.3離散時間系統最優跟蹤控制器
10.3.1離散系統最優伺服控制器
10.3.2離散系統最優跟蹤控制器
10.3.3離散系統最優模型跟隨控制器
習題10
最優控制
目錄
第11章H2和H∞控制理論
11.1引論
11.2H2和H∞控制問題的描述
11.3線性定常系統H2控制
11.3.1狀態反饋H2控制
11.3.2輸出反饋H2控制
11.3.3H2控制器設計舉例
11.4線性定常系統H∞控制
11.4.1狀態反饋H∞次優控制
11.4.2輸出反饋H∞次優控制
11.4.3H∞最優控制
11.4.4H∞控制器設計舉例
11.4.5H2控制與H∞控制特性比較
習題11
第12章魯棒最優控制器設計
12.1不確定受控對象描述
12.2魯棒線性二次型最優調節器設計
12.3魯棒線性二次型最優動態輸出反饋調節器設計
12.4魯棒線性二次型最優伺服控制器設計
12.5魯棒最優控制器設計舉例
12.6擴展與應用
習題12
附錄A矩陣微分與向量函數的Taylor展開
A.1對標量的微分
A.2對向量的微分
A.3對矩陣的微分
A.4復合函數的情形
A.5向量函數的Taylor展開
參考文獻
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