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| 編輯推薦： |
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本书遵循教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。
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| 內容簡介： |
本书较全面地介绍现代控制理论方法与应用， 按照“实际问题与困境、描述与分析、控制器设计、理论拓展”构成结构体系，强化方法思路的新颖性，不追求理论的完备性；强化“现代”与“经典”的融合，提升解决复杂工程问题的能力。第1 章简述经典控制理论的优势与精要，再以多个实例阐述多变量耦合带来的困境，导出实际应用中常见的多变量控制框架；第2 章着重系统结构特征分析，从状态、输入、输出多视角析出系统能控性、能观性、稳定性的结构特征；第3 章与第4 章介绍四种控制系统设计方法：状态反馈与状态观测、多变量伺服控制、最优控制、模型预测控制，阐述现代控制方法的优势以及与经典控制方法的融合，克服其局限；第5 章以多项式矩阵理论为桥梁，构筑线性系统的统一框架；第6 章现代控制理论进阶，为解决更复杂的控制问题打下基础。本书每章均有配套的习题。
本书可作为普通高等学校自动化、电气工程等专业本科生、研究生的教材，也可作为从事自动控制的工程技术人员的参考书。
本书配有电子课件、教案大纲、习题解答等教学资源，欢迎选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com 注册下载，或联系微信13910750469 索取（注明教师姓名 学校）。
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| 目錄：
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目录
前言
第1章导论
1.1反馈调节原理与分析框架
1.1.1单变量系统构成与反馈调节的优势
1.1.2经典控制理论的分析框架
1.2多变量耦合的困扰与可解途径
1.2.1多变量运动控制系统及其困扰
1.2.2多变量过程控制系统及其困扰
1.2.3多变量控制的可解途径
本章小结
习题
第2章状态空间描述与分析
2.1状态空间描述
2.1.1状态变量与系统描述
2.1.2状态空间描述实例
2.1.3传递函数矩阵与状态空间实现
2.2状态响应与稳定性
2.2.1状态转移矩阵与响应
2.2.2响应模态与系统性能
2.3能控性与能观性
2.3.1能控性与能控性判据
2.3.2能观性与能观性判据
2.3.3对偶系统与能控能观性
2.4状态空间的线性变换
2.4.1状态变换与相似系统
2.4.2对角形变换与内部结构特征
2.4.3能控形变换与控制器标准形
2.4.4能观形变换与观测器标准形
2.4.5系统能控与能观性分解
本章小结
习题
第3章状态反馈与伺服控制
3.1状态反馈与状态观测
3.1.1状态反馈与极点配置
3.1.2状态观测器与分离定理
3.1.3多变量系统的设计实例
3.2多变量伺服控制
3.2.1基于解耦的伺服控制
3.2.2基于精确线性化的伺服
控制
本章小结
习题
第4章最优控制与滚动优化
4.1最优控制
4.1.1性能指标泛函与最优控制问题
4.1.2变分法与最优控制原理
4.1.3线性二次型最优控制
4.2模型预测控制
4.2.1基于动态矩阵的模型预测控制
4.2.2基于状态空间的模型预测控制
本章小结
习题
第5章线性系统理论
5.1多项式矩阵描述与分析工具
5.1.1多项式矩阵描述
5.1.2等价变换与史密斯规范形
5.1.3多项式矩阵因式分解
5.2等价系统与传递函数矩阵实现
5.2.1系统矩阵与性能分析
5.2.2传递函数矩阵与实现
5.3线性系统的综合
5.3.1模型匹配与系统解耦
5.3.2模态嵌入与伺服控制
5.4有理分式矩阵描述与镇定控制器设计
5.4.1有理分式矩阵描述
5.4.2镇定控制器设计
本章小结
习题
第6章现代控制理论进阶
6.1李雅普诺夫稳定性理论
6.1.1一般系统的稳定性
6.1.2李雅普诺夫稳定判据
6.1.3李雅普诺夫分析法
6.2随机过程与滤波估计
6.2.1随机过程概论
6.2.2状态估计与卡尔曼滤波
6.2.3参数估计与最小二乘法
6.3鲁棒控制原理
6.3.1不确定性描述
6.3.2鲁棒稳定与镇定设计
6.4系统可控能力分析
6.4.1系统性能的基本限制
6.4.2可控能力的几个重要结论
本章小结
习题
参考文献
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| 內容試閱：
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从蒸汽机离心调速器的出现，初尝反馈控制的力量，萌发了自动控制技术，到20世纪中叶形成经典控制理论，标志着一个新的学科——控制科学与工程的诞生。随后，控制理论进入快速发展阶段，延续到20世纪末，相继出现状态空间与状态反馈、最优控制、多变量频域控制、自适应控制、鲁棒控制等一系列现代控制理论，呈现一派繁荣景象。进入21世纪，回归并深化人工智能技术，推动控制理论进入智能化时代。
随着控制理论的发展步伐，控制技术的应用当惊世界殊，卫星上天、探测器外星球行走、水下机器人深海作业、超精微半导体装备制造、车间无人化运行、大型冶炼与石化生产、超临界发电、特高压输电等，越来越多宏观、介观、微观世界在人类掌控之中。然而，纵览控制理论的发展与控制技术的应用，二者的差距也日益突显。国际自动控制联合会（IFAC）的工业委员会分别于2017年、2020年发布了控制技术应用现状的调查报告，令学界期待的自适应控制、鲁棒控制、智能控制等先进控制技术并未受到业界的追捧，反而经典的PID控制以及模型预测控制（MPC）广受业界青睐，这引起了学界与业界的反思。
现代控制理论是为解决日益增加的多变量控制需求而出现的，通道间的耦合影响是首要处理的问题，简单将其他通道的耦合影响视作扰动化为单变量控制难以实现高性能控制。状态空间描述与结构特征分析、基于极点配置的状态反馈以及最优控制，将多变量系统整体考虑，统筹各通道间的耦合影响，突破了经典单变量控制的局限，形成了早期的现代控制理论，推动了航空航天等重大应用领域的快速发展。这些现代控制技术严格依赖系统的数学模型，要求被控对象相对完美，模型残差要小，这对许多民用系统来说难以满足，需做大量实验修正数学模型，使得成本增加，导致“性价比”不高而丧失实用价值。因此，模型不确定性、非线性和随机性成了现代控制理论与应用的焦点问题。自适应控制、鲁棒控制、智能控制等近现代控制理论就是因此而发，可为何未能广泛应用？
IFAC工业委员会的调查报告分析了原因，概略起来大致两大方面：
1）成功的工业应用需要深入的领域知识，而研究人员过于重视理论的数学推导及其完备性，理论的前提条件可能与应用实际不相吻合；控制系统的规模越来越大，新技术试错成本巨大，阻碍了其应用。
2）业界缺乏具有先进控制技术能力的员工；控制专业的学生（本科生和研究生）没有充分接触到业界中的问题。
归纳起来，理论与实际有脱节，人才培养与业界需求有脱离。“现代控制理论”是自动化类专业的本科生与研究生的必修课程，新时代需要新变化。经典广为用之的，应予重视，明晰其中道理再焕新生；新出鲜有用之的，不可忽视，厘清缘由凝练思想予人以启迪。鉴于此，本书分为6章，重在凝练方法的思路，不追求理论的完备性，力图靠近实际应用。
第1章导论。简述经典控制理论的优势与精要，再以多个实例阐述多变量耦合带来的困境，导出实际应用中常见的多变量控制框架。
第2章状态空间描述与分析。重点在于系统结构特征分析，这有别于经典控制理论的分析，从状态、输入、输出多视角析出系统能控性、能观性和稳定性的结构特征。
第3章状态反馈与伺服控制。建立通用的“状态观测 状态反馈”控制结构，达到配置系统性能（闭环极点）的目的；在此基础上，构建基于PID分环结构的多变量伺服控制，充分发挥经典与现代控制理论的优势。
第4章最优控制与滚动优化。最优控制基于性能指标的优化，可同步求出控制器的结构与参数，是一条新颖的设计途径，具有严密的理论性。为弥补其对模型敏感的问题，基于滚动优化的MPC控制成为有效解决方案。
第5章线性系统理论。线性系统是控制理论研究的基本对象，建立线性系统统一框架具有重大理论意义。以多项式矩阵理论为桥梁，将传递函数描述、状态空间描述、多项式矩阵描述贯通起来，构筑基于线性系统的经典控制理论与现代控制理论的统一框架。
第6章现代控制理论进阶。现代控制理论丰富多彩，在“知识爆炸”年代，萃取精华、集成学习是必要的现实之需。本章选取几个典型理论分支进行概述：处理一般系统稳定性的李雅普诺夫稳定性理论、处理随机性的随机过程与滤波估计、处理不确定性的鲁棒控制原理以及事关控制成败的系统可控能力分析，凝练其思想，为解决更复杂的控制问题打下基础。
在本书成稿过程中，全国高校控制理论课程群虚拟教研室负责人、西安理工大学刘丁教授，上海交通大学杨明教授，广东工业大学徐雍教授不吝赐教，受益良多，向他们致以诚挚谢意。同时，广东工业大学赖冠宇老师、杨苓老师、肖涵臻老师以及博士生陈子韬、硕士生黄凯等给予了研读体会与修改建议，提供了仿真曲线图与插图，向他们表示衷心感谢。本书力图呼应新工科要求，限于水平与视野，错漏难免，敬请广大读者指正。
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