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第1章 欠驱动系统滑模控制1

1.1 一类欠驱动系统的滑模控制1

1.1.1 系统描述1

1.1.2 滑模控制律的设计及分析2

1.1.3 位置和速度跟踪4

1.1.4 仿真实例4

1.2 基于Hurwitz稳定的欠驱动系统滑模控制18

1.2.1 基于Hurwitz稳定的简单欠驱动系统滑模控制18

1.2.2 基于Hurwitz稳定的小车倒立摆系统滑模控制23

1.3 一类特殊的欠驱动系统的滑模控制31

1.3.1 系统描述31

1.3.2 控制问题描述31

1.3.3 滑模控制算法设计31

1.3.4 收敛性分析33

1.3.5 仿真实例34

1.4 TORA欠驱动系统的滑模控制37

1.4.1 系统描述37

1.4.2 模型的通用解耦算法38

1.4.3 模型的解耦38

1.4.4 滑模控制算法设计40

1.4.5 收敛性分析40

1.4.6 仿真实例41

1.5 移动机器人的滑模轨迹跟踪控制46

1.5.1 移动机器人运动学模型46

1.5.2 位置控制律设计47

1.5.3 姿态控制律设计48

1.5.4 闭环系统的设计关键48

1.5.5 仿真实例49

1.6 基于全局稳定的移动机器人双环轨迹跟踪控制57

1.6.1 移动机器人运动学模型57

1.6.2 动态系统全局渐近稳定定理57

1.6.3 控制系统设计58

1.6.4 整个闭环稳定性分析59

1.6.5 仿真实例61

参考文献68

第2章 基于观测器和解耦算法的欠驱动系统滑模控制69

2.1 基于高增益观测器分离定理的倒立摆系统滑模控制69

2.1.1 高增益观测器分离定理69

2.1.2 基于高增益观测器的倒立摆角度镇定70

2.1.3 基于高增益观测器的欠驱动倒立摆控制76

2.2 基于欠驱动系统解耦算法的滑模控制84

2.2.1 欠驱动系统解耦算法84

2.2.2 倒立摆动力学系统的解耦85

2.2.3 滑模控制器的设计86

2.2.4 滑模参数C的设计87

2.2.5 仿真实例88

参考文献92

第3章 控制输入受限或输出受限条件下的滑模控制93

3.1 控制输入受限条件下的滑模控制分析93

3.1.1 基本原理93

3.1.2 控制器设计与分析93

3.1.3 仿真实例95

3.2 基于RBF网络补偿的控制输入受限滑模控制99

3.2.1 系统描述99

3.2.2 基于RBF网络控制受限逼近的滑模控制99

3.2.3 仿真实例100

3.3 一种按设定误差性能指标函数收敛的滑模控制106

3.3.1 问题描述106

3.3.2 跟踪误差性能函数设计106

3.3.3 收敛性分析107

3.3.4 仿真实例108

参考文献113

第4章 挠性系统和奇异摄动系统的滑模控制114

4.1 基于谐振抑制的滑模控制114

4.1.1 谐振抑制滤波器设计114

4.1.2 系统描述115

4.1.3 基于名义模型的滑模控制117

4 1.4 仿真分析118

4 2 基于输入成型的挠性机械系统滑模控制123

4.2.1 系统描述123

4.2.2 滑模控制器设计123

4.2.3 输入成型器基本原理124

4.2.4 仿真实例125

4.3 基于奇异摄动理论的滑模控制132

4 3.1 问题描述132

4.3.2 模型分解132

4.3.3 控制律设计133

4.3.4 仿真实例133

4 4 基于奇异摄动理论的滑模鲁棒控制137

4.4.1 问题描述137

4.4.2 模型分解137

4.4.3 控制律设计138

4.4.4 仿真实例138

参考文献142

第5章 机械手滑模控制143

5 1 机器人动力学模型及特性143

5.2 基于名义模型的机械手滑模控制——常规方法144

5.2.1 系统描述144

5.2.2 控制律设计144

5.2.3 仿真实例145

5.3 基于名义模型的机械手滑模控制——PI方法150

5.3.1 问题描述150

5.3.2 控制器设计151

5.3.3 稳定性分析152

5.3.4 仿真实例152

5.4 基于名义模型的机械手滑模控制——趋近律方法159

5.4.1 设计原理159

5.4.2 基于名义模型的机械手指数趋近律的设计160

5.4.3 仿真实例161

5.5 基于低通滤波器的机械手滑模控制166

5.5.1 机械手动态方程166

5.5.2 滑模控制器的设计167

5.5.3 仿真实例（1）168

5.5.4 仿真实例（2）173

5.6 机械手自适应滑模控制179

5.6.1 系统描述179

5.6.2 自适应滑模控制器的设计180

5.6.3 仿真实例181

5.7 工作空间中机械手末端轨迹滑模控制192

5.7.1 工作空间直角坐标与关节角位置的转换192

5.7.2 机械手在工作空间的建模193

5.7.3 滑模控制器的设计194

5.7.4 仿真实例195

5.8 工作空间中机械手末端的阻抗滑模控制202

5.8.1 问题的提出202

5.8.2 阻抗模型的建立203

5.8.3 滑模控制器的设计203

5.8.4 仿真实例204

5.9 受约束条件下双关节机械手力／角度的滑模控制212

5.9.1 问题的提出212

5.9.2 模型的降阶213

5.9.3 控制律的设计214

5.9.4 稳定性分析215

5.9.5 仿真实例216

附录223

参考文献223

第6章 基于函数逼近的机械手滑模控制224

6.1 基于模型逼近的机械手RBF网络自适应滑模控制224

6.1.1 问题的提出224

6.1.2 基于RBF神经网络逼近的滑模控制225

6.1.3 稳定性及收敛性分析226

6.1.4 仿真实例226

6.2 基于RBF网络最小参数学习法的机械手自适应控制236

6.2.1 问题的提出236

6.2.2 基于神经网络逼近的滑模控制236

6.2.3 基于单参数的自适应滑模控制237

6.2.4 仿真实例239

6.3 基于模糊补偿的机械手自适应模糊滑模控制247

6.3.1 系统描述247

6.3.2 函数的模糊逼近247

6.3.3 基于模糊补偿的滑模控制248

6.3.4 只对摩擦进行模糊补偿的滑模控制250

6.3.5 仿真实例250

参考文献259

第7章 基于干扰观测器的机械手滑模控制260

7.1 基于指数收敛非线性干扰观测器的滑模控制260

7.1.1 系统描述260

7.1.2 非线性干扰观测器的设计261

7.1.3 双关节机械手干扰观测器的设计262

7.1.4 滑模控制律设计264

7.1.5 仿真实例265

7.2 基于改进的指数收敛非线性干扰观测器的滑模控制273

7.2.1 非线性干扰观测器的问题描述273

7.2.2 改进的非线性干扰观测器的设计273

7.2.3 LMI不等式的求解274

7.2.4 仿真实例275

参考文献286

第8章 柔性机械手滑模控制287

8.1 柔性机械手鲁棒观测器设计及分析287

8.1.1 问题描述287

8.1.2 观测器设计288

8.1.3 观测器分析288

8.1.4 仿真结果290

8.2 基于鲁棒观测器的柔性关节机械手滑模控制294

8.2.1 鲁棒观测器的设计294

8.2.2 滑模控制器设计与分析295

8.2.3 仿真实例298

参考文献303

第9章 飞行器滑模控制304

9.1 直升机滑模控制304

9.1.1 直升机数学模型304

9.1.2 直升机模型的耦合分析305

9.1.3 直升机模型的线性化305

9.1.4 直升机的滑模控制306

9.1.5 仿真实例307

9.2 基于Huriwtz稳定的VTOL飞行器滑模控制312

9.2.1 VTOL系统描述312

9.2.2 模型转换313

9.2.3 控制律的设计315

9.2.4 参数向量M的设计316

9.2.5 仿真实例317

9.3 一种简单的双闭环滑模控制设计与分析322

9.3.1 系统描述322

9.3.2 双环滑模控制律的设计323

9.3.3 仿真实例324

9.4 航天器姿态双闭环滑模控制329

9.4.1 航天器姿态控制模型329

9.4.2 传统滑模控制律的设计330

9.4.3 双环滑模控制律的设计330

9.4.4 仿真实例332

9.5 基于双环设计的VTOL飞行器轨迹跟踪滑模控制339

9.5.1 VTOL模型描述339

9.5.2 针对第一个子系统的控制340

9.5.3 针对第二个子系统的滑模控制342

9.5.4 仿真实例342

9.6 四旋翼飞行器的滑模控制350

9.6.1 四旋翼飞行器动力学模型350

9.6.2 全驱动子系统控制律的设计352

9.6.3 欠驱动子系统控制律的设计352

9.6.4 仿真实例356

9.7 基于内外环的四旋翼飞行器的滑模鲁棒控制364

9.7.1 四旋翼飞行器动力学模型364

9.7.2 位置控制律设计365

9.7.3 虚拟姿态角度的求解366

9.7.4 姿态控制律设计367

9.7.5 闭环系统的设计关键367

9.7.6 仿真实例368

9.8 四旋翼飞行器轨迹跟踪自适应滑模控制379

9.8.1 四旋翼无人机动态模型379

9.8.2 位置跟踪控制器设计381

9.8.3 姿态控制器设计384

9.8.4 仿真实例386

9.9 基于解耦算法的VTOL飞行器双环轨迹跟踪滑模控制399

9.9.1 VTOL模型描述399

9.9.2 欠驱动系统解耦算法400

9.9.3 模型的解耦400

9.9.4 控制算法的设计402

9.9.5 轨迹跟踪分析404

9.9.6 仿真实例404

9.10 基于全局稳定的VTOL飞行器双环轨迹跟踪滑模控制412

9.10.1 VTOL模型描述412

9.10.2 动态系统全局渐近稳定定理413

9.10.3 控制算法的设计414

9.10.4 轨迹跟踪分析416

9.10.5 仿真实例418

参考文献425

第10章 基于最优轨迹规划的滑模控制427

10.1 差分进化算法427

10.1.1 差分进化算法的提出427

10.1.2 标准差分进化算法428

10.1.3 差分进化算法的基本流程428

10.1.4 差分进化算法的参数设置430

10.1.5 基于差分进化算法的函数优化431

10.2 基于最优轨迹规划器的滑模控制434

10.2.1 问题的提出434

10.2.2 样条插值实例434

10.2.3 轨迹规划算法介绍436

10.2.4 最优轨迹的设计437

10.2.5 最优轨迹的优化437

10.2.6 仿真实例438

参考文献444