前言

“现代控制理论”是应用型大学自动化及其相近专业的一门重要专业课，它建立在工程数学、自动控制原理等一些重要课程的基础上。

现代控制理论源于20世纪60年代，它以多变量时域控制系统为研究对象，以状态空间方法为研究方法，其最大特点是深刻地揭示了线性系统的许多基本特点和性质，并可以定量地进行系统分析和设计。现代控制理论经过几十年的发展，目前已经形成许多学科分支，如线性系统理论、最优控制、系统辨识、自适应控制、鲁棒控制等。

本书依据应用型大学对现代控制理论课程的要求，结合应用型大学自动化专业本科人才培养目标编写。在编写过程中，充分考虑到应用型大学教学学时数少(计划学时30左右)，而现代控制理论内容丰富的特点，并针对目前应用型大学自动化专业学生的知识水平和能力结构的实际现状，力求做到理论知识“少而精、应用为主、够用为度”。

本书从控制系统的实际出发，循序渐进地建立现代控制理论的基本概念，精选内容，深入浅出地阐述基本原理，注重知识的应用，在叙述上力求通过示例，说明其基础知识应用，使理论知识易于被学生接受与掌握，从而培养学生解决实际问题的能力。为了方便教学，每章均附有小结和习题，书后附有拓展阅读和各章习题答案供参考。

MATLAB是一款应用广泛的数学计算软件，它提供了一整套控制系统计算的工具箱，在本书各章编排的一些的例题中给出了采用MATLAB仿真软件的程序，以便读者能够初步掌握该软件在现代控制理论中的应用，也为学生提供了另一种解决现代控制理论问题的途径。

习近平总书记在党的二十大报告中指出，教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑； 全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。本书在传授知识的同时注重思政教育，将价值塑造、知识传授和能力培养融为一体，为党育人、为国育才。

本书共8章，具体内容如下。

第1章线性代数基础知识——现代控制理论基础理论性强，应用较多的数学知识且内容抽象，主要涉及线性代数知识，本章重点介绍了行列式和矩阵的基本概念及其运算，要求熟练掌握矩阵和行列式的基本操作，使之学以致用。

第2章状态空间法概述——介绍了状态空间法的基本概念，特别是状态变量个数的唯一性及状态变量组选择的不唯一性，从数学角度阐述了n阶微分方程有n个独立的状态变量。状态空间表达式由状态方程和输出方程两部分组成，同一系统的状态变量组的选择不同，建立的状态空间表达式也不同，它们之间有着线性非奇异变换的联系。

第3章状态空间法的表达方式——重点介绍了经典控制理论中几种常用数学模型转换为状态空间表达式的基本方法，对于定常控制系统而言，状态空间表达式与经典控制理论的传递函数是等价的。

第4章线性定常系统的运动——阐述了系统状态运动的基本知识，它是由初始状态的自由项和控制作用的受控项组成的。状态转移矩阵是本章的重点，要求熟练掌握求解状态转移矩阵的方法。

第5章系统的能控性和可观测性——系统的能控性和可观测性是现代控制理论中表征系统特性的两个重要概念，重点阐述了根据状态空间表达式判断系统能控性和可观测性的方法和各自的特点。

第6章状态反馈与状态观测器——重点阐述了通过状态反馈改善系统性能，满足系统各项性能指标的要求，通过状态反馈任意配置系统的极点(特征值)的充分必要条件是系统能控； 系统状态重构是基于状态观测来讨论分析的，任意配置状态观测器的极点(特征值)的充分必要条件是系统可观测。

第7章变分法与最优控制——介绍了最优控制的基本概念，对几种性能指标表达式进行了阐述，通过示例重点介绍了变分法及其应用。

第8章李雅普诺夫稳定性分析——在介绍李雅普诺夫第二法基本知识的基础上，通过示例，重点阐述了李雅普诺夫稳定性的定义、稳定性定理及其应用，介绍了李雅普诺夫稳定性在分析线性定常系统稳定性中的应用。

本书由辽宁科技学院张岳、马志财编著，其中，张岳编写第2、3章、第5~8章及课后习题答案，马志财编写第1章和第4章。在编写过程中，编者借鉴了一些兄弟院校现代控制理论教材的部分内容，在此表示由衷感谢。

由于编著者水平有限，书中难免存在不足和疏漏之处，恳请广大读者批评指正。

编著者

2023年5月