第一章 绪论 1
第一节 研究背景及其意义 1
第二节 控制理论的产生与发展 3
一、第一阶段控制理论称为经典控制理论 3
二、第二阶段控制理论称为现代控制理论 4
三、第三阶段控制理论为智能控制理论或复杂控制系统理论 5
第三节 控制系统的基本概念 5
一、系统的定义 5
二、控制系统的分类 6
三、控制系统的质量指标 8
四、控制系统的设计步骤 10
第四节 经典控制理论与现代控制理论 11
第五节 减振控制的方法 13
一、前馈／反馈控制 13
二、内模控制 15
三、自适应控制 15
四、预测控制 15
五、重复控制 16
六、迭代学习控制 16
第六节 时滞系统控制问题的研究 17
一、时滞系统控制的方法 17
二、时滞系统最优减振控制的研究 20
第七节 非线性系统控制问题的研究 21
一、非线性系统控制的方法 21
二、非线性最优控制的研究 22
三、非线性时滞系统最优减振控制研究现状 23
第八节 汽车悬挂系统减振控制的研究 23
一、汽车悬挂减振控制 23
二、电子控制悬挂系统控制 24
三、非线性悬挂系统减振控制 24
第九节 本书研究的问题及结构安排 25
第二章 状态空间法 29
第一节 概述 29
一、状态空间法的提出 29
二、相关术语 30
第二节 系统的状态空间表达式 31
一、状态方程和输出方程的概念 31
二、状态空间表达式的建立 33
第三节 状态方程的解 37
一、连续型线性定常系统齐次方程的解 37
二、矩阵指数函数的计算 39
三、连续型线性定常系统非齐次方程的解 41
四、连续型系统的离散化 42
五、线性时变系统状态方程的解 43
第三章 线性系统的可控性与可观测性 48
第一节 概述 48
第二节 可控性 49
一、可控性的定义 49
二、线性定常系统可控性判别的第一种方法 49
三、线性定常系统可控性判别的第二种方法 51
四、线性定常系统的输出可控性 52
第三节 可观测性 53
一、可观测性的定义 53
二、线性定常系统可观测性的判别方法 54
第四节 极点配置 56
一、可控系统的特征方程 56
二、状态反馈 57
第五节 状态观测器 57
一、实现闭环控制需要状态观测器 57
二、状态观测器的设计 58
三、带状态观测器的闭环控制系统 60
四、降维观测器 63
第四章 李雅普诺夫稳定性分析 65
第一节 李雅普诺夫稳定性的定义 65
一、状态向量的平衡状态及球域 65
二、李雅普诺夫稳定性的定义 66
三、关于李雅普诺夫稳定性定义的讨论 67
第二节 李雅普诺夫直接法 67
一、李雅普诺夫直接法的定义 67
二、李雅普诺夫直接法的分析 68
第三节 线性定常系统的稳定性分析 70
一、线性定常系统渐近稳定的充要条件 70
二、线性定常系统的李雅普诺夫定理 71
三、离散型系统的李雅普诺夫稳定性分析 72
第四节 动态系统瞬时响应的快速性 73
一、表示动态系统瞬时响应快速性的指标——η 73
二、线性定常系统η的计算 74
第五节 非线性系统的稳定性分析 75
第五章 最优控制 77
第一节 概述 77
第二节 最优控制问题的提法和数学模型 78
一、最优控制问题的提法 78
二、性能指标 79
三、约束条件 80
四、最优控制问题的一般提法 81
五、最优控制问题的求解方法 81
第三节 变分法 81
一、一次变分与欧拉方程 82
二、含有多个未知函数的变分问题 84
三、条件极值的变分问题 85
第四节 庞特里亚金极大值原理 87
第五节 具有二次型性能指标的线性系统的最优控制 90
一、二次型性能指标及其含义 91
二、线性调节器问题的解 92
三、含有交叉项的二次型最优控制 96
四、离散系统二次型最优控制 97
第六章 车辆悬挂的控制技术 98
第一节 悬挂系统概述 98
一、悬挂的作用 98
二、被动悬挂、主动悬挂、半主动悬挂及其特点 98
三、悬挂系统性能的评价指标 100
第二节 悬挂的固有特性 101
一、悬挂的不变性方程 101
二、悬挂特性的不变性 103
三、悬挂性能指标间的制约关系 103
第三节 车辆悬挂的最优控制 104
一、悬挂模型的状态空间表达式 104
二、主动悬挂系统的可控性与可观测性 107
三、主动悬挂的最优控制 108
第七章 控制时滞系统基于观测器的最优减振控制 111
第一节 问题描述 111
一、系统描述和系统转换 111
二、二次型性能指标分析 112
第二节 最优减振控制律的设计 113
一、有限时域最优减振控制律的设计 113
二、无限时域最优减振控制律的设计 115
第三节 基于观测器的最优减振控制律的设计 116
一、降维扰动观测器的设计 116
二、有限时域基于观测器的最优减振控制律的设计 117
三、无限时域基于观测器的最优减振控制律的设计 118
第四节 仿真示例 118
第五节 结论 122
第八章 时滞系统基于内模的最优减振控制 123
第一节 时滞系统的最优调节问题 123
第二节 最优调节器的设计 125
第三节 动态调节器的设计 128
第四节 仿真示例 130
第五节 结论 133
第九章 非线性控制时滞系统基于高增益观测器的扰动衰减控制 134
第一节 系统描述 134
第二节 高增益观测器的设计 136
第三节 基于高增益观测器的最优扰动衰减控制 137
第四节 仿真示例 138
第五节 结论 141
第十章 海洋平台减振控制的仿真研究 142
第一节 海洋平台简化模型的仿真研究 142
第二节 AMD一海洋平台主动控制系统的仿真研究 144
第十一章 具有控制时滞系统的最优减振控制 147
第一节 问题描述 147
一、系统描述及转换 147
二、有限时域和无限时域二次型性能指标分析 149
第二节 最优减振控制律的设计 150
一、有限时域最优减振控制律的设计 150
二、无限时域最优减振控制律的设计 151
第三节 最优减振控制律的物理实现 152
第四节 1/4汽车悬挂应用研究 156
一、最优减振问题的形成 156
二、具有驱动时滞1/4汽车悬挂减振控制律的设计 161
三、仿真实验 162
四、本节结论 166
第五节 结论 166
第十二章 具有控制时滞和测量时滞系统的最优减振控制 168
第一节 问题描述 168
一、系统描述及转换 168
二、二次型性能指标分析 170
第二节 最优减振控制律的设计 170
第三节 最优减振控制律的物理实现 171
第四节 整车悬挂应用研究 172
一、最优减振问题的形成 172
二、具有驱动时滞和传感器时滞整车悬挂减振控制律的设计 179
三、仿真实验 180
四、本节结论 184
第五节 结论 184
第十三章 具有控制时滞和测量时滞采样系统的最优减振控制 186
第一节 问题描述 186
第二节 最优减振控制律的设计 190
第三节 最优减振控制律的物理实现 192
第四节 半车悬挂应用研究 194
一、最优减振问题的形成 194
二、具有驱动时滞和传感器时滞半车悬挂采样系统减振控制律的设计 198
三、仿真实验 200
四、本节结论 204
第五节 结论 204
第十四章 非线性时滞系统的最优减振控制 205
第一节 系统描述 205
第二节 最优减振控制律的设计 206
第三节 时滞非线性1/4悬挂应用研究 213
一、系统描述 213
二、时滞非线性1/4汽车悬挂系统减振控制律的设计 216
三、仿真实验 218
四、本节结论 222
第四节 结论 223
符号索引 224
参考文献 225