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第1章 非线性系统简介 1

1.1 引言 1

1.2 非线性系统的复杂性能 3

1.2.1 非线性系统的多平衡点特性 3

1.2.2 极限环 4

1.2.3 混沌 5

1.2.4 其他非线性现象 6

1.3 非线性控制的重要意义 7

1.4 常见的非线性系统设计与分析方法 8

1.4.1 相平面分析法 9

1.4.2 描述函数法 9

1.4.3 李雅普诺夫法 9

1.5 本书的主要内容安排 11

习题 12

参考文献 13

第2章 数学预备知识 14

2.1 范数及其性质 14

2.2 函数的连续性 16

2.3 函数的正定性分析 17

2.4 信号分析基本定理 19

2.5 微分几何基本知识 24

2.5.1 微分流形及切空间 24

2.5.2 李导数与李括号运算 25

2.5.3 伏柔贝尼斯定理 27

习题 29

参考文献 30

第3章 李雅普诺夫稳定性理论 31

3.1 引言 31

3.2 稳定性定义 32

3.3 李雅普诺夫间接法 34

3.4 李雅普诺夫直接法 35

3.5 李雅普诺夫候选函数的选择方法 38

3.5.1 基于能量分析的构造方法 39

3.5.2 基于控制目标的构造方法 39

3.5.3 经验与试探相结合的构造方法 40

3.6 拉塞尔不变性原理 41

习题 43

参考文献 44

第4章 基于精确模型的控制系统设计 45

4.1 引言 45

4.2 反馈线性化的设计思路 46

4.3 单输入单输出系统的精确线性化 47

4.3.1 SISO系统的输入输出线性化 47

4.3.2 SISO非线性系统的标准型变换 49

4.3.3 SISO非线性系统的状态反馈线性化 51

4.3.4 系统的零动态和最小相位系统 56

4.4 反向递推设计方法 56

4.5 线性滤波降阶设计方法 60

习题 62

参考文献 63

第5章 自适应控制 65

5.1 引言 65

5.2 线性参数化条件 66

5.3 基本自适应控制算法 67

5.3.1 自适应控制算法介绍 67

5.3.2 性能分析 68

5.3.3 自适应控制中的参数辨识问题 69

5.4 直流无刷电机的自适应控制 72

5.5 非线性参数化系统的自适应控制 74

5.5.1 滑模自适应控制器设计 75

5.5.2 控制器稳定性分析 76

习题 78

参考文献 79

第6章 滑模与鲁棒控制 81

6.1 引言 81

6.2 滑动平面及其性质 82

6.3 滑模控制算法与分析 85

6.3.1 滑模控制算法 85

6.3.2 滑模控制器性能分析 86

6.3.3 滑模控制中的抖振问题 87

6.4 基于滑模结构的鲁棒控制 87

6.4.1 高频率反馈鲁棒控制 87

6.4.2 高增益反馈鲁棒控制 88

6.4.3 鲁棒控制系统的饱和问题 89

6.5* 鲁棒自适应控制与自适应鲁棒控制 90

习题 91

参考文献 91

第7章 自学习控制 93

7.1 引言 93

7.2 标准的重复学习控制算法与分析 94

7.2.1 重复学习算法介绍 94

7.2.2 重复学习控制稳定性分析 94

7.3 带饱和环节的重复学习控制策略 95

7.4 重复学习控制在原子力显微镜系统中的应用 98

7.5* 周期未知动态特性的重复学习控制 99

7.6* 自学习控制中的其他问题 100

习题 100

参考文献 101

第8章 机器人动态控制 103

8.1 引言 103

8.2 工业机器人的动态特性分析 104

8.3 机器手臂的反馈线性化控制 106

8.3.1 工业机器人开环误差系统分析 106

8.3.2 非线性反馈控制器设计与分析 107

8.4 机器手臂的自适应控制 108

8.5 基于目标轨迹的机器人自适应控制 110

8.5.1 DCAL机器人自适应控制器设计 111

8.5.2 DCAL自适应控制系统性能分析 112

8.6 机器手臂的重复学习自适应混合控制 113

8.7* 机器人对象的输出反馈控制 114

8.7.1 研究动机 114

8.7.2 辅助误差信号定义 115

8.7.3 输出反馈控制器设计 115

8.7.4 闭环系统稳定性分析 116

8.7.5 控制系统的实现形式分析 118

习题 119

参考文献 120

第9章 欠驱动桥式吊车系统的非线性控制 121

9.1 引言 121

9.2 桥式吊车系统动态特性建模与分析 122

9.3 基于能量分析的吊车系统非线性控制 123

9.3.1 吊车系统的开环动态特性变换 123

9.3.2 系统的能量分析 123

9.3.3 吊车控制系统设计与分析 124

9.3.4 吊车控制系统实验结果 126

9.4 桥式吊车系统的抗干扰控制器设计 128

9.4.1 抗干扰控制器设计 128

9.4.2 吊车抗干扰控制系统的稳定性分析 129

9.4.3 仿真结果与分析 130

习题 131

参考文献 132

第10章 磁悬浮系统的非线性控制 134

10.1 引言 134

10.2 零稳态功率损失的磁轴承控制系统设计 135

10.2.1 磁轴承系统模型分析 136

10.2.2 零稳态功率损失控制系统设计与分析 136

10.2.3 功率损耗估计 138

10.2.4 控制器奇异性分析 139

10.3 磁悬浮列车系统的非线性控制 140

10.3.1 磁悬浮列车介绍 140

10.3.2 磁悬浮列车建模与控制器设计 141

10.3.4 实验结果 146

习题 149

参考文献 150