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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