过程装备测控技术 线性与非线性控制理论及应用PDF电子书下载

1 状态空间分析法 1

1.1 线性系统的状态空间表示 1

1.1.1 状态空间的基本概念 1

1.1.2 线性系统的状态空间表达式 2

1.1.3 状态空间表达式的建立 3

1.2 线性系统的状态解 14

1.2.1 线性定常连续系统齐次方程的解 14

1.2.2 线性定常连续系统的状态转移矩阵 15

1.2.3 线性定常连续系统非齐次状态方程的解 19

1.3 系统的能控性和能观性 20

1.3.1 线性连续系统的能控性 20

1.3.2 线性连续系统的能观性 22

1.3.3 能控及能观标准型 24

1.4 线性系统状态空间的结构分解 35

1.4.1 按能控性分解 36

1.4.2 按能观性分解 39

1.5 传递函数的状态空间实现 43

1.6 线性系统的稳定性 51

1.6.1 平衡状态 51

1.6.2 李雅普诺夫稳定性定义 52

1.6.3 李亚普诺夫第一法 53

1.6.4 李亚普诺夫第二法 55

1.7 基于状态空间分析法的控制系统设计 59

1.7.1 两类反馈结构对系统能控性、能观性的影响 61

1.7.2 两类反馈系统的极点配置 63

1.7.3 状态观测器 69

1.7.4 带状态观测器的状态反馈系统设计 79

参考文献 80

2 过程系统的非线性控制 81

2.1 非线性系统的能控性与能观性 81

2.1.1 能控性 81

2.1.2 能观性 85

2.2 非线性系统的局部能控性能观性分解 89

2.2.1 非线性系统能控性分解 95

2.2.2 非线性系统的能观性分解 100

2.3 基于坐标变换的非线性系统部分线性化 104

2.4 非线性系统状态反馈的精确线性化 113

2.5 非线性系统的全维状态观测器 119

2.6 非线性广义过程的定值控制与随动控制 125

2.6.1 非线性定值控制 125

2.6.2 非线性随动控制 131

参考文献 136

3 自适应控制 138

3.1 线性自适应控制系统 138

3.1.1 参数最优化设计方法 138

3.1.2 Lyapunov稳定性设计方法 140

3.2 非线性自适应控制 153

3.2.1 自适应定值控制 155

3.2.2 自适应随动控制 163

参考文献 166

4 线性与非线性鲁棒控制 167

4.1 鲁棒控制的数学基础 167

4.1.1 距离空间 167

4.1.2 线性赋范空间 167

4.1.3 Banach空间 167

4.1.4 Hilbert空间 169

4.1.5 常用时域函数空间及其范数 170

4.1.6 常用频域函数空间及其范数 172

4.1.7 系统及其范数 176

4.2 系统不确定性描述与H∞控制标准问题 181

4.2.1 系统的不确定性描述 181

4.2.2 互质分解 186

4.2.3 线性分式变换 194

4.2.4 系统的稳定性及控制器的参数化设计 197

4.2.5 H∞控制的标准化 205

4.2.6 H∞标准化控制问题的稳定分析 212

4.2.7 广义被控过程的可稳定性 216

4.2.8 H∞标准问题与模型匹配问题 219

4.3 标准H∞控制问题的Riccati方程解法 221

4.3.1 Riccati方程与H∞范数 221

4.3.2 Lyapunov方程及Riccati不等式 225

4.3.3 有理函数矩阵的内外分解 228

4.4 H∞状态反馈控制 230

4.4.1 状态可测，干扰不可测情况 231

4.4.2 状态和干扰都可测情况 234

4.5 H∞输出反馈控制 238

4.5.1 H∞输出反馈简化情况 238

4.5.2 H∞输出反馈的一般情况 241

4.6 非线性鲁棒控制 242

4.6.1 耗散系统与能量存储函数 242

4.6.2 非线性状态反馈鲁棒控制 248

4.6.3 非线性输出反馈鲁棒控制 251

参考文献 253

5 控制理论应用实例 254

5.1 微细通道相变传热系统状态反馈精确线性化控制 254

5.1.1 微槽中流动汽泡的动力学模型 254

5.1.2 动力模型的Lie代数结构 256

5.1.3 状态反馈精确线性化控制的构建 256

5.2 基于状态观测器的连续搅拌反应釜非线性温度控制 257

5.2.1 数学模型的建立 258

5.2.2 降阶观察器 258

5.2.3 输入-输出反馈线性控制器的设计 259

5.2.4 输出反馈反推控制器设计 261

5.2.5 仿真 263

5.2.6 结论 266

5.3 基于非线性模型的二元蒸馏塔控制 267

5.3.1 精馏塔降阶模型 268

5.3.2 控制算法的建立 268

5.3.3 精馏塔模型 269

5.3.4 状态估计 269

5.3.5 控制器参数整定 270

5.3.6 结果分析 270

5.4 模拟五效蒸发器模型的非线性控制研究 271

5.4.1 MIMO GLC结构简介 271

5.4.2 五效蒸发器的MIMO GLC 273

5.4.3 蒸发模型的非线性控制 274

5.4.4 蒸发器模型的闭环仿真 280

5.4.5 结论 285

5.5 家畜建筑物温湿度非线性控制 288

5.5.1 非线性控制基础 288

5.5.2 家畜建筑物内湿热控制的数学模型 289

5.5.3 温湿度调节非线性鲁棒控制器设计 291

5.5.4 模拟研究 293

5.6 不可压缩流体的非线性控制 296

5.6.1 二维Navier-Stokes方程空间分解 296

5.6.2 非线性模型降阶 298

5.6.3 非线性控制 299

5.6.4 Burgers方程的非线性有限维控制 301

5.6.5 二维槽道非线性有限维控制 304

5.7 轴向压缩系统喘振的非线性控制 307

5.7.1 喘振模型 307

5.7.2 基于模型的观测器设计 308

5.7.3 输入输出反馈线性化输入的推导 310

5.7.4 系统喘振控制器和观测器验证方法 312

5.7.5 闭环系统性能评价 313

5.7.6 结论 315

附录 喘振模型方程 316

参考文献 318