机器人控制系统的设计与MATLAB仿真 先进设计方法PDF电子书下载

第1章 控制系统输出受限控制 1

1.1 输出受限引理 1

1.2 位置输出受限控制 2

1.2.1 系统描述 2

1.2.2 控制器设计 2

1.2.3 仿真实例 4

1.3 位置及速度输出受限控制 8

1.3.1 多状态输出受限引理 8

1.3.2 系统描述 9

1.3.3 控制器设计与分析 9

1.3.4 仿真实例 10

1.4 按设定误差性能指标收敛控制 14

1.4.1 问题描述 14

1.4.2 跟踪误差性能函数设计 15

1.4.3 收敛性分析 15

1.4.4 仿真实例 17

参考文献 22

第2章 控制系统输入受限控制 23

2.1 基于双曲正切的控制输入受限控制 23

2.1.1 定理及分析 23

2.1.2 基于双曲正切的控制输入受限控制 24

2.1.3 仿真实例 25

2.2 负载未知下的控制输入受限控制 28

2.2.1 问题的提出 28

2.2.2 自适应控制律设计 28

2.2.3 闭环系统稳定性分析 29

2.2.4 仿真实例 30

2.3 带扰动的控制输入受限控制 35

2.3.1 系统描述 35

2.3.2 指数收敛干扰观测器设计 35

2.3.3 控制器的设计及分析 35

2.3.4 仿真实例 37

2.4 基于反演的非线性系统控制输入受限控制 42

2.4.1 系统描述 42

2.4.2 双曲正切光滑函数特点 42

2.4.3 控制输入受限方法 43

2.4.4 基于反演的控制算法设计 43

2.4.5 仿真实例 46

2.5 基于输出受限和输入受限的控制 51

2.5.1 系统描述 51

2.5.2 控制器设计 51

2.5.3 基于反演的控制算法设计 52

2.5.4 仿真实例 54

2.6 基于反演的控制输入及变化率受限控制 60

2.6.1 系统描述 60

2.6.2 控制输入受限方法 60

2.6.3 基于反演的控制算法设计 61

2.6.4 仿真实例 63

2.7 基于反演的控制输入及变化率受限轨迹跟踪控制 68

2.7.1 系统描述 68

2.7.2 控制输入受限方法 68

2.7.3 基于反演的控制算法设计 69

2.7.4 仿真实例 71

2.8 基于反演的控制输入及变化率受限鲁棒控制 76

2.8.1 系统描述 76

2.8.2 控制输入受限方法 76

2.8.3 基于反演的控制算法设计 77

2.9 基于Nussbaum函数的控制输入受限控制 80

2.9.1 系统描述 80

2.9.2 输入受限控制方法 81

2.9.3 基于反演的输入受限控制算法设计 81

2.9.4 仿真实例 83

附录 89

参考文献 91

第3章 基于轨迹规划的机械手控制 92

3.1 差分进化算法 92

3.1.1 差分进化算法的提出 92

3.1.2 标准差分进化算法 93

3.1.3 差分进化算法的基本流程 93

3.1.4 差分进化算法的参数设置 94

3.1.5 基于差分进化算法的函数优化 95

3.2 轨迹规划算法的设计 99

3.2.1 一个简单的样条插值实例 99

3.2.2 轨迹规划算法介绍 100

3.2.3 最优轨迹的设计 101

3.3 单关节机械手最优轨迹控制 101

3.3.1 问题的提出 101

3.3.2 最优轨迹的优化 102

3.3.3 仿真实例 102

3.4 双关节机械手最优轨迹控制 108

3.4.1 系统描述 108

3.4.2 规划器设计 108

3.4.3 仿真实例 109

参考文献 117

第4章 机械手模糊自适应反演控制 118

4.1 基于反演方法的单关节机器人自适应模糊控制 118

4.1.1 系统描述 118

4.1.2 Backstepping控制器设计 119

4.1.3 基于Backstepping的自适应模糊控制 121

4.1.4 仿真实例 124

4.2 双关节机械臂的自适应模糊反演控制 131

4.2.1 系统描述 131

4.2.2 传统Backstepping控制器设计及稳定性分析 132

4.2.3 仿真实例 135

参考文献 143

第5章 机械手自适应迭代学习控制 144

5.1 控制器增益自适应整定的机械手迭代学习控制 144

5.1.1 问题的提出 144

5.1.2 控制器设计 145

5.1.3 收敛性分析 146

5.1.4 仿真实例 150

5.2 基于增益自适应整定的机械手迭代学习控制的改进 156

5.2.1 算法的改进 156

5.2.2 仿真实例 157

5.3 基于切换增益的单关节机械手迭代学习控制 165

5.3.1 问题描述 165

5.3.2 自适应迭代学习控制器设计 165

5.3.3 收敛性分析 166

5.3.4 仿真实例 168

5.4 基于切换增益的多关节机械手迭代学习控制 175

5.4.1 问题的提出 175

5.4.2 三个定理及收敛性分析 176

5.4.3 仿真实例 177

附录 193

参考文献 193

第6章 柔性机械手反演及动态面控制 194

6.1 柔性机械手的反演控制 194

6.1.1 系统描述 194

6.1.2 反演控制器设计 195

6.1.3 仿真实例 198

6.2 柔性机械手动态面控制 203

6.2.1 系统描述 203

6.2.2 控制律设计 204

6.2.3 稳定性分析 205

6.2.4 仿真实例 208

6.3 柔性关节机械手K-观测器设计及分析 216

6.3.1 K-观测器设计原理 216

6.3.2 柔性关节机械手模型描述与变换 218

6.3.3 柔性关节机械手K-观测器设计与分析 219

6.3.4 按A0为Hurwitz进行K的设计 221

6.3.5 仿真实例 222

6.4 基于K-观测器的柔性关节机械手动态面控制 227

6.4.1 控制算法设计 227

6.4.2 稳定性分析 228

6.4.3 仿真实例 231

6.5 柔性机械手神经网络反演控制 241

6.5.1 系统描述 241

6.5.2 反演控制器设计 241

6.5.3 仿真实例 246

参考文献 253

第7章 柔性机械臂分布式参数边界控制 254

7.1 柔性机械臂的偏微分方程动力学建模 254

7.1.1 柔性机械臂的控制问题 254

7.1.2 柔性机械臂的偏微分方程建模 254

7.2 柔性机械臂分布式参数边界控制——指数收敛方法 258

7.2.1 引理 258

7.2.2 边界控制律的设计 259

7.2.3 仿真实例 265

7.3 柔性机械臂分布式参数边界控制-LaSalle分析方法 271

7.3.1 模型描述 271

7.3.2 模型的空间转换 272

7.3.3 闭环系统耗散性分析 273

7.3.4 半群和紧凑性分析 275

7.3.5 收敛性分析 276

7.3.6 仿真实例 277

附录 281

参考文献 286

第8章 移动机器人的轨迹跟踪控制 287

8.1 移动机器人运动学反演控制 287

8.1.1 运动学模型的建立 287

8.1.2 反演控制器设计 288

8.1.3 仿真实例 289

8.2 移动机器人动力学反演控制 295

8.2.1 动力学模型的建立 295

8.2.2 反演控制器设计 296

8.2.3 仿真实例 298

8.3 移动机器人轨迹跟踪迭代学习控制 303

8.3.1 数学基础 304

8.3.2 系统描述 304

8.3.3 控制律设计及收敛性分析 306

8.3.4 仿真实例 309

参考文献 312

第9章 移动机器人双环轨迹跟踪控制 313

9.1 移动机器人的滑模轨迹跟踪控制 313

9.1.1 移动机器人运动学模型 313

9.1.2 位置控制律设计（外环） 314

9.1.3 姿态控制律设计（内环） 315

9.1.4 闭环系统的设计关键 315

9.1.5 仿真实例 316

9.2 基于全局稳定的移动机器人双环轨迹跟踪控制 323

9.2.1 移动机器人运动学模型 323

9.2.2 动态系统全局渐近稳定定理 324

9.2.3 控制系统设计 324

9.2.4 整个闭环稳定性分析 326

9.2.5 仿真实例 327

9.3 移动机器人双环编队控制 334

9.3.1 移动机器人运动学模型 334

9.3.2 控制系统设计 334

9.3.3 整个闭环稳定性分析 337

9.3.4 仿真实例 337

参考文献 345

第10章 四旋翼飞行器轨迹控制 346

10.1 基于内外环的四旋翼飞行器的PD控制 346

10.1.1 四旋翼飞行器动力学模型 346

10.1.2 位置控制律设计 347

10.1.3 虚拟姿态角度求解 347

10.1.4 姿态控制律设计 348

10.1.5 闭环系统的设计关键 349

10.1.6 仿真实例 350

10.2 基于双闭环的四旋翼飞行器速度控制 359

10.2.1 四旋翼飞行器动力学模型 359

10.2.2 四旋翼飞行器速度控制 360

10.2.3 虚拟姿态角度求解 361

10.2.4 姿态控制律设计 361

10.2.5 闭环系统的设计关键 362

10.2.6 仿真实例 363

10.3 基于双闭环的四旋翼飞行器编队控制 370

10.3.1 四旋翼飞行器动力学模型 370

10.3.2 四旋翼飞行器编队控制 371

10.3.3 虚拟姿态角度求解 372

10.3.4 姿态控制律设计 373

10.3.5 闭环系统的设计关键 374

10.3.6 仿真实例 374

参考文献 386

第11章 基于LMI的控制系统设计 387

11.1 控制系统LMI控制算法设计 387

11.1.1 系统描述 387

11.1.2 控制器设计与分析 387

11.1.3 仿真实例 388

11.2 位置跟踪控制系统LMI算法设计 392

11.2.1 系统描述 392

11.2.2 控制器设计 392

11.2.3 控制器设计与分析 393

11.2.4 仿真实例 393

11.3 带扰动的控制系统LMI控制算法设计 397

11.3.1 系统描述 397

11.3.2 基于H∞指标控制器设计与分析 398

11.3.3 LMI设计 399

11.3.4 仿真实例 400

11.4 带扰动的控制系统LMI跟踪控制算法设计 403

11.4.1 系统描述 403

11.4.2 仿真实例 404

11.5 控制输入受限下的LMI控制算法设计 408

11.5.1 系统描述 408

11.5.2 控制器的设计与分析 408

11.5.3 LMI设计 409

11.5.4 仿真实例 410

11.6 控制输入受限下位置跟踪LMI控制算法 414

11.6.1 系统描述 414

11.6.2 控制器设计 414

11.6.3 控制器设计与分析 415

11.6.4 仿真实例 416

11.7 控制输入受限下的LMI倒立摆系统镇定 420

11.7.1 系统描述 421

11.7.2 控制器设计与分析 421

11.7.3 仿真实例 423

11.8 基于LMI的控制输入及其变化率受限控制算法 427

11.8.1 系统描述 428

11.8.2 控制器的设计与分析 428

11.8.3 仿真实例 430

附录 434

参考文献 434

第12章 基于LMI的倒立摆T-S模糊控制 435

12.1 单级倒立摆的T-S模糊建模 435

12.1.1 T-S型模糊系统 435

12.1.2 倒立摆系统的控制问题 436

12.1.3 基于2条模糊规则的设计 436

12.1.4 基于4条模糊规则的设计 437

12.2 基于极点配置的单级倒立摆T-S模糊控制 440

12.2.1 基于2条模糊规则的控制器设计 440

12.2.2 基于4条模糊规则的控制器设计 441

12.3 基于LMI的单级倒立摆T-S模糊控制 447

12.3.1 LMI不等式的设计及分析 448

12.3.2 不等式的转换 450

12.3.3 LMI的设计实例 450

12.3.4 基于LMI的单级倒立摆T-S模糊控制 451

参考文献 460

第13章 执行器自适应容错控制 461

13.1 SISO系统执行器自适应容错控制 462

13.1.1 控制问题描述 462

13.1.2 控制律的设计与分析 462

13.1.3 仿真实例 463

13.2 MISO系统执行器自适应容错控制 467

13.2.1 控制问题描述 467

13.2.2 控制律的设计与分析 467

13.2.3 仿真实例 468

13.3 带执行器卡死的MISO系统自适应容错控制 472

13.3.1 控制问题描述 472

13.3.2 控制律的设计与分析 473

13.3.3 仿真实例 475

13.4 基于状态输出受限性能的切换容错控制 479

13.4.1 多状态输出受限引理 479

13.4.2 系统描述 479

13.4.3 基于Barrier Lyapunov的状态输出受限控制 479

13.4.4 监控函数设计 480

13.4.5 仿真实例 481

附录 484

参考文献 484