第1章 绪论 1
1.1 欠驱动机械系统的研究意义 2
1.2 欠驱动机械系统控制的研究现状 3
1.3 本书内容 10
第2章 基础知识和基本概念 12
2.1 非线性系统及其描述 12
2.2 非线性自治系统的平衡点及其稳定性 13
2.3 非线性自治系统的线性化及间接稳定性定理 15
2.4 LaSalle不变原理 16
2.5 线性系统能控性和能观性判据 17
2.6 仿射非线性系统的反馈线性化 20
2.7 正定矩阵及其性质 22
第3章 欠驱动机械系统的建模及特性分析 23
3.1 典型欠驱动机械系统的动力学建模 23
3.1.1 轮摆系统 23
3.1.2 TORA系统 25
3.1.3 板球系统 27
3.1.4 欠驱动两连杆机械臂 28
3.1.5 欠驱动多连杆机械臂 33
3.2 欠驱动机械系统的特性分析 42
第4章 欠驱动系统Acrobot的稳定控制及鲁棒性分析 48
4.1 运动空间的划分 48
4.2 Acrobot系统的线性近似化及平衡控制器设计 50
4.3 基于能量和模糊控制的摇起控制器设计 52
4.3.1 系统控制器设计 52
4.3.2 数值仿真 53
4.4 基于李雅普诺夫函数与模糊控制的摇起控制器设计 54
4.4.1 系统控制器设计 55
4.4.2 控制参数β的选择 57
4.4.3 控制参数γ的选择 60
4.4.4 数值仿真 61
4.5 基于改进型李雅普诺夫函数的摇起控制器设计 62
4.5.1 系统控制器设计 63
4.5.2 控制参数的选择 63
4.5.3 数值仿真 65
4.6 Acrobot系统的鲁棒控制 66
4.6.1 不确定性的来源与不确定模型 67
4.6.2 摇起区鲁棒控制器设计 68
4.6.3 平衡鲁棒控制器设计 69
4.6.4 数值仿真 72
第5章 平面欠驱动两连杆机械臂的稳定控制 75
5.1 平面Acrobot系统的稳定控制 75
5.1.1 状态量约束关系的分析 76
5.1.2 运动特性分析 79
5.1.3 基于改进型粒子群算法的整数解n2的求解 81
5.1.4 系统控制器设计 83
5.1.5 数值仿真 83
5.2 平面Pendubot系统的稳定控制 85
5.2.1 结构模型变换与特性分析 85
5.2.2 控制器设计 88
5.2.3 数值仿真 89
第6章 基于力矩耦合的欠驱动三连杆机械臂的稳定控制 91
6.1 运动空间的划分 91
6.2 摇起控制器设计 93
6.3 奇异点规避 96
6.4 平衡控制器设计 99
6.5 数值仿真 100
第7章 基于降阶策略的多连杆欠驱动机械臂的稳定控制 103
7.1 系统描述与运动空间划分 103
7.2 分阶段的降阶控制策略 105
7.3 第一阶段的降阶控制设计 107
7.4 第二阶段的控制设计 110
7.4.1 摇起控制 110
7.4.2 平衡控制 113
7.5 数值仿真 114
7.5.1 四连杆PAAA型欠驱动机械臂的仿真 114
7.5.2 四连杆AAPA型欠驱动机械臂的仿真 116
第8章 具有两个被动关节的三连杆欠驱动机械臂的稳定控制 118
8.1 系统描述与运动空间的划分 118
8.2 系统控制器设计 120
8.2.1 摇起控制器设计 120
8.2.2 平衡控制器设计 122
8.3 数值仿真 123
第9章 基于等价输入干扰的欠驱动系统全局稳定控制 126
9.1 欠驱动机械系统的分类 126
9.2 二自由度欠驱动系统的坐标变换 127
9.3 变换后系统的特性分析 130
9.3.1 能控能观性分析 131
9.3.2 系统的零点分析 132
9.4 基于等价输入干扰的二自由度欠驱动系统稳定控制 133
9.4.1 等价输入干扰的定义及其存在性 134
9.4.2 等价输入干扰预估器设计 136
9.4.3 反馈控制器设计 137
9.4.4 状态观测器设计 137
9.4.5 稳定性分析 138
9.5 基于等价输入干扰的多自由度欠驱动系统稳定控制 139
9.6 数值仿真 145
9.6.1 T1型二自由度系统的仿真 145
9.6.2 T2型二自由度系统的仿真 146
9.6.3 T3型二自由度系统的仿真 148
9.6.4 多自由度系统的仿真 150
第10章 欠驱动系统Acrobot的运动规划与跟踪 153
10.1 Acrobot系统的运动规划 153
10.1.1 下摆轨迹设计 155
10.1.2 摇起轨迹的设计 161
10.1.3 整体运动轨迹的设计 161
10.2 跟踪控制器设计 163
10.2.1 误差方程 163
10.2.2 LQR优化设计法 166
10.2.3 极点配置设计法 166
10.3 数值仿真 168
10.3.1 运动规划的数值仿真 168
10.3.2 跟踪控制的数值仿真 171
参考文献 175