本书力求结合工程背景和物理概念，从统一的角度由浅入深地阐述基于状态空间法和多变量频域法的线性多变量系统建模、分析及设计方法。全书共8章，主要内容包括系统的传递函数矩阵描述、矩阵分式描述、状态空间描述和多项式矩阵描述及其相互联系，系统运动的定量分析和系统结构性质（能控性、能观测性、稳定性）的定性分析，传递函数矩阵和多项式矩阵描述的实现，多变量反馈控制系统基于状态空间模型的时域综合方法和基于多项式矩阵理论的复频域综合方法。 本书注重理论联系实际，尝试避免“引理—定理—证明—推论”的写作模式，在阐述方式上力求符合理工科学生的认识规律，通过典型、丰富的例题和习题及MATLAB程序设计，培养和训练学生分析问题、解决问题的能力，巩固理论知识并加强工程实用性。 本书可作为电气信息类专业或相关专业研究生、高年级本科生的教材，也可供相关领域的工程技术人员参考。
王宏华，河海大学教授。多年来一直从事先进控制理论及应用、运动控制系统、新型交直流电力传动、电能质量监控及节能新技术、电力电子系统的控制等方面科研与教学工作。
第1章 绪论
1.1 系统控制理论的发展
1.1.1 控制理论的研究对象
1.1.2 控制理论发展概述
1.2 线性系统理论的主要分支
1.3 MATLAB线性系统分析及Simulink简介
1.4 本书综述
第2章 动态系统的数学描述
2.1 引言
2.2 多变量系统的传递函数矩阵描述
2.3 多变量系统的状态空间描述
2.3.1 系统状态空间描述的基本概念
2.3.2 动态系统状态空间表达式的一般形式
2.3.3 线性连续系统状态空间模型的模拟计算机仿真（状态变量图）
2.3.4 由线性定常系统的状态空间表达式求传递函数矩阵
2.3.5 线性连续系统的状态空间建模示例
2.3.6 由系统高阶微分方程或方框图建立状态空间模型
2.4 线性定常系统的矩阵分式描述
2.4.1 数学基础：多项式矩阵理论
2.4.2 传递函数矩阵的Smith-McMillan标准形
2.4.3 传递函数矩阵的矩阵分式描述
2.4.4 传递函数矩阵的零点和极点
2.5 线性定常系统的多项式矩阵描述
2.5.1 多项式矩阵描述及其系统矩阵
2.5.2 其他描述的系统矩阵
2.5.3 系统的零点和极点
2.6 等价动态系统
2.6.1 状态空间描述的相似变换
2.6.2 严格等价变换
2.7 线性离散系统的数学描述
2.7.1 线性离散系统的输入、输出描述
2.7.2 线性离散系统的状态空间表达式
2.7.3 离散系统的多项式矩阵描述
小结
习题
第3章 线性控制系统的动态响应
3.1 引言
3.2 线性定常连续系统的运动分析
3.2.1 线性定常齐次状态方程的解
3.2.2 矩阵指数函数的性质及其计算方法
3.2.3 线性定常非齐次状态方程的解
3.2.4 线性定常连续系统的状态转移矩阵和基本解阵
3.2.5 线性定常系统的脉冲响应矩阵
3.3 线性时变连续系统的运动分析
3.3.1 线性时变系统的状态转移矩阵
3.3.2 线性时变非齐次状态方程的解
3.4 线性离散时间系统的状态转移矩阵及其运动分析
3.4.1 递推法求解状态响应
3.4.2 Z变换法求解状态响应
3.5 线性连续系统的时间离散化
小结
习题
第4章 线性系统的能控性与能观测性
4.1 引言
4.2 线性连续系统能控性的定义及判据
4.2.1 能控性的定义
4.2.2 线性定常连续系统能控性判据
4.2.3 线性时变连续系统能控性判据
4.3 线性连续系统能观测性的定义及判据
4.3.1 能观测性定义
4.3.2 线性定常连续系统能观测性判据
4.3.3 线性时变连续系统能观测性判据
4.4 系统能控性和能观测性的对偶原理
4.4.1 对偶系统
4.4.2 对偶原理
4.5 线性定常连续系统的能控性指数和能观测性指数
4.5.1 能控性指数和能观测性指数
4.5.2 能控性指数集和能观测性指数集
4.6 线性定常连续系统的输出能控性和输入能观测性
4.6.1 线性定常连续系统输出能控性
4.6.2 线性定常连续系统的输出函数能控性
4.6.3 线性定常连续系统的输入函数能观测性
4.7 线性定常连续系统的结构分解
4.7.1 按能控性分解
4.7.2 按能观测性分解
4.7.3 系统结构的规范分解
4.8 线性离散系统的能控性与能观测性
4.8.1 线性定常离散系统能控性的秩判据
4.8.2 线性定常离散系统能观测性的秩判据
4.8.3 离散化线性定常系统的能控性与能观测性
4.9 线性定常系统的能控标准形与能观测标准形
4.9.1 SISO线性定常连续系统的能控标准形与能观测标准形
4.9.2 MIMO线性定常连续系统的能控标准形和能观测标准形
4.10 能控性与能观测性的频域判据
小结
习题
第5章 传递函数矩阵和多项式矩阵描述的状态空间实现
5.1 引言
5.2 传递函数的基本实现方法
5.2.1 传递函数实现的级联法
5.2.2 传递函数实现的串联法
5.2.3 传递函数实现的并联法
5.3 传递函数矩阵的能控标准形和能观测标准形实现
5.4 传递函数矩阵最小实现的方法
5.4.1 降阶法
5.4.2 传递函数矩阵的约当标准形最小实现
5.5 基于矩阵分式描述的状态空间实现
5.5.1 矩阵分式描述的真性和严真性
5.5.2 右MFD的控制器形实现
5.5.3 左MFD的观测器形实现
5.5.4 既约MFD及其最小实现
5.6 基于多项式矩阵描述的实现
小结
习题
第6章 系统的稳定性分析
6.1 引言
6.2 李亚普诺夫稳定性理论
6.2.1 平衡状态
6.2.2 李亚普诺夫稳定性定义
6.2.3 李亚普诺夫第二法的主要定理
6.3 构造李亚普诺夫函数的规则化方法
6.3.1 克拉索夫斯基方法
6.3.2 变量梯度法
6.4 线性连续时间系统的零输入稳定性
6.4.1 线性定常系统的稳定判据
6.4.2 线性时变系统的稳定判据
6.5 线性系统的外部稳定性
6.5.1 BIBO稳定性及其判定
6.5.2 内部稳定性和外部稳定性的关系
6.6 线性离散系统稳定性分析
6.6.1 BIBO稳定性
6.6.2 内部稳定性
小结
习题
第7章 多变量反馈控制系统的状态空间综合
7.1 引言
7.2 典型的反馈结构及对系统特性的影响
7.2.1 状态反馈与输出反馈
7.2.2 反馈控制对能控性与能观测性的影响
7.3 状态反馈闭环系统的极点配置
7.3.1 单输入系统的极点配置
7.3.2 多输入系统的极点配置
7.3.3 状态反馈对系统传递函数矩阵零点的影响
7.4 状态反馈配置闭环系统特征结构
7.5 输出反馈极点配置
7.6 镇定问题
7.7 渐近跟踪与抗干扰控制器设计
7.7.1 渐近跟踪与抗干扰控制器问题的描述
7.7.2 参考输入和扰动信号建模
7.7.3 内模原理及鲁棒控制器设计
7.8 基于状态反馈的输入-输出解耦控制
7.8.1 系统状态反馈解耦的充分必要条件
7.8.2 对积分型解耦系统附加状态反馈实现极点配置
7.9 状态观测器
7.9.1 全维状态观测器
7.9.2 降维状态观测器
7.10 采用状态观测器的状态反馈系统
7.11 线性二次型最优调节器
7.11.1 定常线性最优调节器
7.11.2 无限时间定常输出调节器
小结
习题
第8章 线性多变量定常系统复频域分析与设计
8.1 引言
8.2 组合系统的频域描述
8.2.1 组合系统的传递函数矩阵
8.2.2 组合系统的多项式矩阵描述
8.3 组合系统的能控性和能观测性
8.3.1 并联系统的能控性和能观测性判据
8.3.2 串联系统的能控性和能观测性判据
8.3.3 输出反馈系统的能控性和能观测性判据
8.4 组合系统的稳定性
8.4.1 串联和并联系统的稳定性
8.4.2 输出反馈系统的稳定性
8.5 状态反馈极点配置的复频域设计
8.5.1 单变量系统
8.5.2 多变量系统
8.6 输入-输出反馈动态补偿器设计
8.7 单位输出反馈系统串联补偿器设计
8.7.1 单变量单位输出反馈系统串联补偿器设计
8.7.2 单输入系统或单输出系统输出反馈极点配置补偿器的综合
8.7.3 多输入多输出系统输出反馈极点配置补偿器的综合
8.8 单位输出反馈系统的串联补偿器解耦
小结
习题
参考文献
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