本書適用于工程與應用類院校自動化、電氣工程及其自動化等相關專業，力圖結合系統的物理概念，深入淺出地闡述現代控制理論基本內容，包括狀態空間的基本概念和方法，系統的狀態空間描述和標準型，系統的運動分析，能控性和能觀測性，結構分解和實現問題，以及系統的穩定性分析、狀態反饋和狀態觀測器等。本書可作為高等學校自動化、電氣工程及其自動化等相關專業的教材，同時也適合廣大青年讀者和工程技術人員自學。
本教材的編寫注意理論教學與實踐教學相結合，將MATLAB仿真軟件引入課堂教學，有利于培養學生利用計算機進行科學研究及解決實際問題的能力。在教材的每章最后一節，介紹本章知識點對應的MATLAB軟件仿真實例，對本章所講授的核心知識點進行實驗分析，通過簡單的程序編寫和調試，使學生進一步掌握線性控制系統參數對控制系統性能的影響，加深學生對本章所學知識的理解。
隨著科學技術的迅速發展，現代控制理論在經典控制理論的基礎上得以建立和發展，在工業控制以及其他領域，如航空航天、核技術、生物工程等新興領域中發揮著越來越重要的作用。因此，自20世紀60年代以來，國內外的許多大學都把現代控制理論列為自動化、電氣工程及其自動化等相關專業的專業課程。
現代控制理論是以狀態空間理論為核心，對動態系統進行分析和研究的。它不但可以處理單變量線性定常系統，還可以處理多變量、時變、非線性系統。因此，涉及的數學知識多，公式推導繁雜，不易掌握。當然，不同層次或不同側重面的院校和專業，對現代控制理論教授內容的要求也不盡相同，目前已有的現代控制理論教材還無法滿足各類不同要求。
編者根據多年的教學實踐，盡量避免過多的數學推導和深奧的數學知識，并結合控制系統的物理含義和例子，深入淺出地講述有關狀態空間的理論和分析方法，使學生能在有限的學時內，掌握好現代控制理論最基本的知識。另外，注重內容的可讀性，使讀者通過自學也能掌握書中的基本內容。
在內容上，本書主要講述狀態空間法的基本概念和基本方法，其中包括系統狀態方程的建立及解法，能控性、能觀測性和穩定性等定性理論，極點配置、反饋解耦、觀測器設計等綜合理論。在結構上，本書首先給出控制系統的數學描述，提出狀態變量和狀態方程概念；然后對系統進行運動分析，能控性、能觀測性以及穩定性分析；進而給出系統的綜合與設計方法。
本書第1章至第4章由張宇獻編寫，第5章至第7章由李勇編寫。同時，我們的研究生錢小毅、韓奧琪、郭佳強、陳向文、趙興昌、房磊、吳曉紅、孫振羽、楊鑫參與了本書的文字錄入和繪圖工作。在本書編寫過程中，得到了沈陽工業大學教務處、電氣工程學院等單位，以及自動控制原理課題組全體老師的支持，在此，編者對上述單位和個人以及本書所列參考文獻的作者，一并表示衷心的感謝。
本書提供配套的電子課件，可登錄電子工業出版社的華信教育資源網：www.hxedu.com.cn，注冊后免費下載。
由于編者水平有限，書中難免有不妥和錯誤之處，敬請讀者批評指正。
第1章 緒論 （1）
1．1 控制理論的研究對象 （1）
1．2 控制理論的發展歷程 （2）
1．3 現代控制理論的基本內容 （5）
1．4 與經典控制理論的比較與聯系 （6）
1．5 本書的主要內容和特點 （7）
第2章 預備知識 （9）
2．1 基本概念和定義 （9）
2．2 基本運算 （13）
2．3 矩陣的特征方程、特征值和特征向量 （18）
2．4 矩陣的相似變換 （23）
2．5 二次型概念 （32）
2．6 矩陣的微分和積分 （34）
2．7 利用MATLAB進行矩陣運算 （37）
思考題與習題 （40）
第3章 系統的狀態空間描述 （42）
3．1 狀態空間的基本概念 （42）
3．1．1 幾個定義 （42）
3．1．2 狀態空間表達式的一般形式 （43）
3．1．3 狀態空間表達式的系統方框圖和狀態變量圖 （46）
3．2 狀態空間表達式的建立 （47）
3．2．1 系統的狀態空間的列寫 （47）
3．2．2 由高階微分方程化為狀態空間描述 （51）
3．2．3 由傳遞函數建立狀態空間表達式 （65）
3．3 狀態空間描述轉化為傳遞函數 （71）
3．3．1 由狀態空間描述求傳遞函數 （71）
3．3．2 組合系統的狀態空間描述和傳遞函數矩陣 （74）
3．4 狀態矢量的線性變換 （79）
3．4．1 系統狀態方程的非唯一性 （79）
3．4．2 系統特征值的不變性 （81）
3．4．3 特征矢量 （81）
3．4．4 狀態空間描述變換為約當標準型 （83）
3．5 離散時間系統的狀態空間描述 （89）
3．5．1 離散系統的狀態空間表達式 （89）
3．5．2 由差分方程化為狀態空間表達式 （90）
3．5．3 由脈沖傳遞函數化為狀態空間表達式 （92）
3．5．4 由離散系統狀態空間表達式求脈沖傳遞函數矩陣 （95）
3．6 利用MATLAB進行線性系統的狀態描述 （96）
思考題與習題 （100）
第4章 線性動態系統的運動分析 （102）
4．1 線性定常齊次狀態方程的求解 （102）
4．2 矩陣指數函數及狀態轉移矩陣 （105）
4．3 線性定常非齊次狀態方程的求解 （114）
4．4 連續系統的時間離散化 （115）
4．4．1 連續時間線性系統的離散化模型 （116）
4．4．2 連續時間線性系統近似離散化模型 （117）
4．5 線性離散系統的運動分析 （117）
4．5．1 迭代法 （118）
4．5．2 z變換法求解 （119）
4．6 利用MATLAB進行線性系統的運動分析 （120）
思考題與習題 （126）
第5章 線性控制系統的能控性和能觀測性 （128）
5．1 線性定常連續系統的能控性 （128）
5．2 線性連續系統的能觀測性 （132）
5．3 能控性和能觀測性與傳遞函數零極點的關系 （133）
5．4 對偶原理 （135）
5．5 能控標準型和能觀測標準型 （136）
5．6 系統的結構分解 （141）
5．7 傳遞函數陣的實現問題 （145）
5．7．1 單輸入單輸出系統的實現問題 （145）
5．7．2 多輸入多輸出系統的實現問題 （149）
5．8 離散系統的能控性與能觀測性 （152）
5．9 利用MATLAB分析系統的能控性和能觀測性 （154）
思考題與習題 （157）
第6章 控制系統的穩定性與李亞普諾夫方法 （160）
6．1 穩定性的概念 （160）
6．1．1 外部穩定性 （160）
6．1．2 內部穩定性 （161）
6．1．3 內部穩定性和外部穩定性的關系 （162）
6．2 李亞普諾夫意義下穩定性的定義 （162）
6．2．1 平衡狀態 （162）
6．2．2 范數的概念 （163）
6．2．3 李亞普諾夫穩定性定義 （164）
6．3 李亞普諾夫穩定性理論 （165）
6．3．1 李亞普諾夫第一法(間接法) （166）
6．3．2 李亞普諾夫第二法 （167）
6．3．3 二次型及其正定性 （168）
6．3．4 李亞普諾夫第二法穩定性定理 （169）
6．4 線性定常連續系統的穩定性 （172）
6．4．1 線性連續系統穩定性分析 （173）
6．4．2 線性時變連續系統 （176）
6．5 線性定常離散系統的穩定性 （177）
6．6 非線性系統的穩定性分析 （178）
6．6．1 克拉索夫斯基法 （178）
6．6．2 變量梯度法 （180）
6．7 利用MATLAB分析系統的穩定 （182）
6．7．1 利用李亞普諾夫第一法判斷系統的穩定性 （182）
6．7．2 利用李亞普諾夫第二法判斷系統的穩定性 （183）
思考題與習題 （184）
第7章 線性反饋控制系統的綜合 （186）
7．1 狀態反饋與輸出反饋 （186）
7．1．1 狀態反饋 （186）
7．1．2 輸出反饋 （187）
7．2 反饋控制對能控性與能觀測性的影響 （188）
7．3 閉環系統極點配置 （189）
7．4 采用狀態觀測器的狀態反饋系統 （194）
7．4．1 狀態重構問題 （194）
7．4．2 狀態觀測器的存在條件 （194）
7．4．3 狀態觀測器的設計 （196）
7．5 帶有狀態觀測器的狀態反饋系統 （202）
7．6 解耦控制 （205）
7．7 MATLAB在閉環極點配置及狀態觀測器設計中的應用 （212）
7．7．1 系統的極點配置 （212）
7．7．2 用MATLAB設計狀態觀測器 （215）
思考題與習題 （215）
參考文獻 （218）
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