机器人控制系统的设计与MATLAB仿真 基本设计方法PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 机器人控制方法简介 1

1.1.1 机器人常用的控制方法 1

1.1.2 不确定机器人系统的控制 2

1.2 机器人动力学模型及其结构特性 3

1.3 基于S函数的Simulink仿真 4

1.3.1 S函数简介 4

1.3.2 S函数使用步骤 4

1.3.3 S函数的基本功能及重要参数设定 4

1.3.4 S函数描述实例 5

第2章 机械手PID控制 7

2.1 机械手独立PD控制 7

2.1.1 控制律设计 7

2.1.2 收敛性分析 7

2.1.3 仿真实例 8

2.2 基于重力补偿的机械手PD控制 12

2.2.1 控制律设计 12

2.2.2 控制律分析 12

2.3 基于模型补偿的机械手PD控制 13

2.3.1 系统描述 13

2.3.2 控制器的设计 13

2.3.3 仿真实例 14

参考文献 20

第3章 机械手神经网络自适应控制 21

3.1 一种简单的RBF网络自适应滑模控制 21

3.1.1 问题描述 21

3.1.2 RBF网络原理 22

3.1.3 控制算法设计与分析 22

3.1.4 仿真实例 23

3.2 基于RBF网络逼近的机械手自适应控制 27

3.2.1 问题的提出 27

3.2.2 基于RBF神经网络逼近的控制器 28

3.2.3 针对f（x）中各项分别进行神经网络逼近 31

3.2.4 仿真实例 33

参考文献 42

第4章 机械手模糊自适应控制 43

4.1 单力臂机械手直接自适应模糊控制 43

4.1.1 问题描述 43

4.1.2 模糊控制器的设计 44

4.1.3 自适应律的设计 44

4.1.4 仿真实例 46

4.2 单力臂机械手间接自适应模糊控制 52

4.2.1 问题描述 52

4.2.2 自适应模糊滑模控制器设计 53

4.2.3 稳定性分析 54

4.2.4 仿真实例 56

4.3 单级倒立摆的监督模糊控制 63

4.3.1 模糊系统的设计 64

4.3.2 模糊监督控制器的设计 64

4.3.3 稳定性分析 65

4.3.4 仿真实例 66

4.4 基于模糊补偿的机械手自适应模糊控制 73

4.4.1 系统描述 73

4.4.2 基于传统模糊补偿的控制 74

4.4.3 基于模型信息已知的模糊补偿控制 76

4.4.4 仿真实例 78

4.5 基于线性矩阵不等式的单级倒立摆T-S模糊控制 102

4.5.1 基于LMI的T-S型模糊系统控制器设计 102

4.5.2 LMI不等式的设计及分析 103

4.5.3 不等式的转换 105

4.5.4 LMI设计实例说明 105

4.5.5 单级倒立摆的T-S模型模糊控制 106

参考文献 119

第5章 机械手迭代学习控制及重复控制 121

5.1 迭代学习控制的数学基础 121

5.1.1 矩阵的迹及初等性质 121

5.1.2 向量范数和矩阵范数 121

5.2 迭代学习控制方法介绍 123

5.2.1 迭代学习控制基本原理 123

5.2.2 基本的迭代学习控制算法 123

5.2.3 迭代学习控制主要分析方法 124

5.2.4 迭代学习控制的关键技术 125

5.3 机械手轨迹跟踪迭代学习控制仿真实例 126

5.3.1 控制器设计 126

5.3.2 仿真实例 126

5.4 线性时变连续系统迭代学习控制 134

5.4.1 系统描述 134

5.4.2 控制器设计及收敛性分析 134

5.4.3 仿真实例 136

5.5 任意初始状态下的迭代学习控制 143

5.5.1 问题的提出 143

5.5.2 控制器的设计 143

5.5.3 仿真实例 146

参考文献 151

第6章 机械手反演控制 152

6.1 简单反演控制器设计 152

6.1.1 基本原理 152

6.1.2 仿真实例 153

6.2 单关节机械手的反演控制 157

6.2.1 系统描述 157

6.2.2 反演控制器设计 158

6.2.3 仿真实例 160

6.3 双耦合电机的反演控制 163

6.3.1 系统描述 163

6.3.2 反演控制器设计 164

6.3.3 仿真实例 166

参考文献 169

第7章 机械手滑模控制 170

7.1 机械手动力学模型及特性 170

7.2 基于计算力矩法的滑模控制 171

7.2.1 系统描述 171

7.2.2 控制律设计 171

7.2.3 仿真实例 172

7.3 基于输入输出稳定性理论的滑模控制 178

7.3.1 系统描述 178

7.3.2 控制律设计 178

7.3.3 仿真实例 180

7.4 基于LMI的指数收敛非线性干扰观测器的控制 186

7.4.1 非线性干扰观测器的问题描述 186

7.4.2 非线性干扰观测器的设计 186

7.4.3 LMI不等式的求解 187

7.4.4 计算力矩法的滑模控制 188

7.4.5 仿真实例 189

7.5 欠驱动两杆机械臂Pendubot滑模控制 200

7.5.1 Pendubot控制问题 200

7.5.2 Pendubot机械臂建模 200

7.5.3 Pendubot动力学模型 203

7.5.4 Pendubot模型的分析 205

7.5.5 滑模控制律设计 206

7.5.6 闭环稳定性分析 208

7.5.7 基于Hurwitz的参数设计 209

7.5.8 仿真实例 211

参考文献 219

第8章 机械手自适应鲁棒控制 220

8.1 单力臂机械系统的鲁棒自适应控制 220

8.1.1 问题描述 220

8.1.2 鲁棒模型参考自适应控制 221

8.1.3 仿真实例 222

8.2 二级倒立摆的H∞鲁棒控制 228

8.2.1 系统的描述 228

8.2.2 基于LMI的控制律的设计 228

8.2.3 二级倒立摆系统的描述 228

8.2.4 仿真实例 229

参考文献 237

第9章 机械手末端轨迹及力的连续切换滑模控制 238

9.1 基于双曲正切函数切换的滑模控制 238

9.1.1 双曲正切函数的特性 238

9.1.2 仿真实例 238

9.1.3 基于双曲正切函数的滑模控制 239

9.1.4 仿真实例 241

9.2 基于位置动力学模型的机械手末端轨迹滑模控制 246

9.2.1 工作空间直角坐标与关节角位置的转换 246

9.2.2 机械手在工作空间的建模 248

9.2.3 滑模控制器的设计 248

9.2.4 仿真实例 250

9.3 基于角度动力学模型的机械手末端轨迹滑模控制 257

9.3.1 机械手在工作空间的建模 257

9.3.2 工作空间直角坐标与关节角位置的转换 257

9.3.3 滑模控制器的设计 257

9.3.4 仿真实例 258

9.4 工作空间中双关节机械手末端的阻抗滑模控制 268

9.4.1 问题的提出 268

9.4.2 阻抗模型的建立 269

9.4.3 滑模控制器的设计 270

9.4.4 仿真实例 271

9.5 受约束条件下双关节机械手末端力及关节角度的滑模控制 282

9.5.1 问题的提出 282

9.5.2 模型的降阶 282

9.5.3 控制律的设计 284

9.5.4 稳定性分析 285

9.5.5 仿真实例 285

参考文献 292

第10章 重复控制基本原理及设计方法 294

10.1 重复控制的基本原理 294

10.1.1 重复控制的理论基础 294

10.1.2 基本的重复控制系统结构 295

10.1.3 基本重复控制系统稳定性分析 295

10.1.4 仿真实例 297

10.2 一种具有多路周期指令信号的数字重复控制 299

10.2.1 系统的结构 299

10.2.2 重复控制器的设计 301

10.2.3 仿真实例 303

参考文献 306