本书为电力行业十四五规划教材。本书介绍了现代控制理论的基础知识，共分7章。第1章介绍控制理论的发展及现代控制理论的应用。第2章介绍控制系统的状态以及状态空间模型等基本概念?o包括线性系统和非线性系统的空间模型。第3章讨论控制系统状态空间模型的时域分析。第4章讨论控制系统能控能观结构性分析。第5章讨论控制系统稳定性及其分析方法。第6章介绍基于状态空间分析的系统综合,包括状态反馈与极点配置?p系统镇定?p系统解耦、状态观测器等。第7章介绍最Z优控制理论中的基本知识。全书引入与电力系统相关的案例，更好地展示了该理论在电气领域的应用。
为了更好地理解现代控制理论的概念和方法,本书还讨论基于 MATLAB的现代控制理论相关问题的计算机仿真计算与设计的程序编制和应用。

本书是电类相关专业现代控制理论核心教材，知识体系完整，推导清晰易懂。紧密结合电力系统特色，融入工程案例，搭配MATLAB工具实操与课后习题，兼顾理论深度与实践应用，助力学生夯实基础，为学业深造和工程实践筑牢根基。

刘蓉晖，女，博士，1975年生，现为上海电力大学电气工程学院副教授、硕士生导师，电气工程学院教工党支部书记。第D一作者发表文章40余篇，其中SCI，EI检索10余篇，申请专利10余项，编写教材4本，主持省部级、校级课程建设项目10余项。承担各类纵横项科研项目20余项。指导本科生获得国家级、省部级科创奖励6项。

前言

第1章绪论

1.1控制理论的发展

1.1.1经典控制理论

1.1.2现代控制理论

1.1.3智能控制和复杂系统理论

1.2现代控制理论的主要内容

1.2.1线性系统理论

1.2.2建模及系统辨识

1.2.3最优滤波理论

1.2.4控制的综合

1.3现代控制理论的应用

1.4MATLAB软件简介

本章小结

第2章控制系统的状态空间模型

2.1状态和状态空间模型

2.1.1状态和状态空间

2.1.2状态空间模型

2.1.3状态空间模型的图示形式

2.2线性时不变系统状态空间模型的建立

2.2.1根据系统机理建立状态空间模型

2.2.2根据系统的输入-输出关系建立状态空间模型

2.3状态向量的线性变换

2.3.1状态空间模型的非唯一性

2.3.2系统特征值的不变性和系统的不变量

2.3.3状态方程的对角线规范型

2.3.4状态方程的约旦规范型

2.4传递函数矩阵

2.4.1传递函数矩阵的定义

2.4.2由状态空间表达式求传递函数矩阵

2.4.3组合系统的状态空间模型和传递函数矩阵

2.5线性离散系统的状态空间描述

2.5.1离散系统的状态空间描述

2.5.2由离散系统的输入/输出关系建立状态空间模型

2.6时变系统和非线性系统的状态空间描述

2.6.1时变系统的状态空间描述

2.6.2非线性系统的状态空间描述

2.7MATLAB在模型处理中的应用

2.7.1系统的状态空间模型

2.7.2线性变换

2.7.3传递函数模型与状态空间模型的相互转换

2.7.4电力系统案例分析

本章小结

习题

第3章线性控制系统的时域分析

3.1线性定常齐次状态方程的解

3.1.1级数展开法

3.1.2拉普拉斯变换法

3.2状态转移矩阵

3.2.1状态转移矩阵及其性质

3.2.2特殊矩阵指数函数

3.2.3状态转移矩阵计算

3.3线性定常非齐次状态方程的解

3.3.1直接求解法

3.3.2拉普拉斯变换法

3.4线性时变系统状态方程的解

3.4.1线性时变系统齐次状态方程的解

3.4.2线性时变连续系统的状态转移矩阵

3.4.3非齐次状态方程的解

3.5线性连续系统状态空间模型的离散化

3.5.1线性定常连续系统的离散化

3.5.2线性时变连续系统的离散化

3.6线性离散系统状态方程的解

3.6.1线性定常离散系统状态方程的解

3.6.2线性时变离散系统状态方程的解

3.7MATLAB在线性控制系统时域分析中的应用

3.7.1矩阵指数函数的计算

3.7.2线性定常连续系统的状态空间模型求解

3.7.3连续系统的离散化

3.7.4线性定常离散系统的状态空间模型求解

本章小结

习题

第4章线性系统的能控性和能观性

4.1线性定常系统的能控性

4.1.1能控性的直观讨论

4.1.2状态能控性的定义

4.1.3线性定常连续系统的状态能控性判别

4.1.4线性定常连续系统的输出能控性

4.2线性定常系统的能观性

4.2.1能观性的直观讨论

4.2.2状态能观性的定义

4.2.3线性定常连续系统的状态能观性判别

4.3线性定常离散系统的能控性和能观性

4.3.1线性定常离散系统的状态能控性与能观性

4.3.2线性定常离散系统的能观性

4.3.3离散化线性定常系统的状态能控性和能观性

4.4能控性与能观性的对偶关系

4.5线性系统的结构分解和零极点相消

4.5.1能控性分解

4.5.2能观性分解

4.5.3能控能观分解

4.5.4系统传递函数中的零极点相消定理

4.6能控规范型和能观规范型

4.6.1能控规范型

4.6.2能观规范型

4.6.3MIMO系统的能控能观规范型

4.7实现问题

4.7.1定义和基本特性

4.7.2能控规范型实现和能观规范型实现

4.7.3最小实现

4.8MATLAB在线性系统能控性和能观性的应用

4.8.1状态能控性与能观性判定

4.8.2线性系统的能控能观分解

4.8.3电力系统案例分析

本章小结

习题

第5章稳定性与李雅普诺夫方法

5.1李雅普诺夫关于稳定性的定义

5.1.1稳定性的直观理解

5.1.2电力系统的稳定性

5.1.3李雅普诺夫意义下的稳定性

5.2李雅普诺夫稳定性分析方法

5.2.1李雅普诺夫第一法

5.2.2李雅普诺夫第二法

5.3李雅普诺夫方法在线性系统的应用

5.3.1线性定常连续系统的稳定性分析

5.3.2线性时变连续系统的稳定性分析

5.3.3线性离散系统的稳定性分析

5.4李雅普诺夫方法在非线性系统的应用

5.4.1克拉索夫斯基法

5.4.2变量梯度法

5.5MATLAB在系统稳定性分析中的应用

5.5.1基于李雅普诺夫第一法的稳定性分析

5.5.2基于李雅普诺夫第二法的稳定性分析

5.5.3电力系统案例分析

本章小结

习题

第6章线性定常系统的综合

6.1状态反馈与极点配置

6.1.1状态反馈控制系统的构成

6.1.2状态反馈对系统能控性和能观性的影响

6.1.3状态反馈极点配置定理

6.1.4SISO系统极点配置算法

6.1.5MIMO系统极点配置算法

6.2输出反馈与极点配置

6.2.1输出反馈控制系统

6.2.2输出反馈对系统能控性和能观性的影响

6.2.3输出反馈极点配置

6.3系统镇定

6.3.1状态反馈镇定

6.3.2输出反馈镇定

6.4系统解耦

6.4.1补偿器解耦

6.4.2状态反馈解耦

6.5状态观测器

6.5.1全维状态观测器的设计

6.5.2降维状态观测器的设计

6.6利用状态观测器实现状态反馈的系统

6.6.1系统的结构与状态空间模型

6.6.2闭环系统的基本特性

6.7MATLAB在状态反馈和状态观测器设计中的应用

6.7.1状态反馈极点配置

6.7.2状态反馈解耦

6.7.3状态观测器的设计

6.7.4电力系统案例分析

本章小结

习题

第7章最优控制理论

7.1最优控制概述

7.1.1最优控制问题的提出

7.1.2最优控制问题的描述

7.2变分法

7.2.1函数的极值问题

7.2.2泛函

7.2.3欧拉方程

7.2.4横截条件

7.3极小值原理

7.3.1自由末端的极小值原理

7.3.2极小值原理的推广形式

7.4 线性二次型最优控制

7.4.1线性二次型问题

7.4.2有限时间状态调节器

7.4.3无限时间状态调节器

7.5最优控制实例分析

7.5.1电力系统负荷频率最优控制

7.5.2伺服系统电动机驱动最优控制

本章小结

习题

参考文献