目錄
第1章 緒論 1
1.1 自動(dòng)控制理論的發(fā)展歷史 1
1.1.1 經(jīng)典控制理論的發(fā)展 2
1.1.2 現(xiàn)代控制理論的發(fā)展 3
1.1.3 智能控制理論的發(fā)展 5
1.2 非線性系統(tǒng)與非線性控制 7
1.2.1 非線性系統(tǒng) 7
1.2.2 非線性控制 11
1.3 本書的內(nèi)容安排 12
第2章 非線性系統(tǒng)局部線性化及線性控制器設(shè)計(jì) 14
2.1 非線性系統(tǒng)局部線性化方法 14
2.1.1 非線性系統(tǒng)與平衡點(diǎn) 14
2.1.2 非線性系統(tǒng)局部線性化 16
2.2 非線性系統(tǒng)局部特性相平面分析 17
2.2.1 相平面的基本概念 17
2.2.2 線性系統(tǒng)平衡點(diǎn)穩(wěn)定性分析 19
2.2.3 非線性系統(tǒng)平衡點(diǎn)穩(wěn)定性分析 21
2.3 非線性系統(tǒng)線性反饋控制器設(shè)計(jì) 24
2.3.1 狀態(tài)反饋控制與輸出反饋控制 24
2.3.2 非線性系統(tǒng)局部線性化反饋控制 26
2.3.3 積分控制 28
2.3.4 增益調(diào)度控制 32
第3章 非線性系統(tǒng)極限環(huán)分析與抑制 36
3.1 非線性系統(tǒng)極限環(huán)分析 36
3.1.1 極限環(huán)的相平面分析 36
3.1.2 極限環(huán)的描述函數(shù)分析 41
3.2 控制系統(tǒng)中常見的非線性特性及描述函數(shù)分析 46
3.2.1 飽和非線性特性 46
3.2.2 死區(qū)非線性特性 48
3.2.3 遲滯非線性特性 49
3.3 控制系統(tǒng)極限環(huán)抑制方法 51
3.3.1 基于相平面分析抑制方法 51
3.3.2 基于描述函數(shù)的抑制方法 53
3.3.3 其他抑制方法簡介 55
第4章 非線性系統(tǒng)反饋線性化 57
4.1 反饋線性化的基本思想 57
4.1.1 控制律的分解 57
4.1.2 反饋線性化的概念 59
4.1.3 反饋線性化的可行性 62
4.2 數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 65
4.2.1 李導(dǎo)數(shù)與李括號(hào) 65
4.2.2 微分同胚與狀態(tài)變換 67
4.2.3 弗羅貝尼烏斯定理 67
4.3 單輸入-單輸出系統(tǒng)輸入-狀態(tài)線性化 68
4.3.1 輸入-狀態(tài)線性化的條件 69
4.3.2 輸入-狀態(tài)線性化控制律設(shè)計(jì) 71
4.4 單輸入-單輸出系統(tǒng)輸入-輸出線性化 73
4.4.1 輸入-輸出線性化系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 73
4.4.2 坐標(biāo)變換的存在性 74
4.4.3 零動(dòng)態(tài)及其穩(wěn)定性分析 76
4.5 多輸入-多輸出系統(tǒng) 77
第5章 非線性系統(tǒng)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論 79
5.1 自治非線性系統(tǒng)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論 79
5.1.1 穩(wěn)定的概念 79
5.1.2 穩(wěn)定性判定定理 80
5.1.3 LaSalle不變集原理 85
5.2 非自治非線性系統(tǒng)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論 89
5.2.1 穩(wěn)定性定義擴(kuò)展 89
5.2.2 穩(wěn)定性判定定理 91
5.2.3 基于Barbalat引理的穩(wěn)定性分析 96
5.3 輸入-輸出穩(wěn)定性與李雅普諾夫穩(wěn)定性的關(guān)系 97
5.3.1 輸入-輸出穩(wěn)定性 97
5.3.2 狀態(tài)模型的L穩(wěn)定性 98
5.4 基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論的控制器設(shè)計(jì)方法 99
5.4.1 設(shè)計(jì)方法 99
5.4.2 選擇李雅普諾夫函數(shù) 100
5.4.3 性能分析 104
第6章 基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論的非線性系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)工具 106
6.1 李雅普諾夫再設(shè)計(jì) 106
6.1.1 再設(shè)計(jì)的概念 106
6.1.2 再設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn) 107
6.1.3 非線性阻尼 112
6.2 反步設(shè)計(jì)法 112
6.2.1 反步設(shè)計(jì)法的概念 112
6.2.2 嚴(yán)反饋系統(tǒng) 117
6.2.3 魯棒性設(shè)計(jì) 119
6.2.4 多輸入系統(tǒng) 121
6.3 無源控制 122
6.3.1 無源性概念 122
6.3.2 無源性與穩(wěn)定性 125
6.3.3 無源控制 127
第7章 滑�？刂� 132
7.1 滑模控制的基本概念 132
7.1.1 開關(guān)控制與變結(jié)構(gòu)控制 132
7.1.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制 133
7.1.3 滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本問題 136
7.2 滑�？刂破髟O(shè)計(jì)舉例 140
7.2.1 單輸入系統(tǒng)滑模控制器設(shè)計(jì) 140
7.2.2 抖振的抑制 143
7.2.3 多輸入系統(tǒng)滑�？刂破髟O(shè)計(jì) 147
7.3 滑�？刂频陌l(fā)展 149
7.3.1 趨近律的設(shè)計(jì) 149
7.3.2 滑模面的設(shè)計(jì) 150
7.3.3 智能滑模控制 154
第8章 自適應(yīng)控制 155
8.1 自適應(yīng)控制的基本概念 155
8.1.1 模型參考自適應(yīng)控制 155
8.1.2 自校正控制 157
8.1.3 自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)方法 159
8.2 線性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制 160
8.2.1 輸出反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制 160
8.2.2 狀態(tài)反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制 169
8.2.3 自適應(yīng)控制的魯棒性分析 171
8.3 非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制 173
8.3.1 線性參數(shù)化非線性系統(tǒng)自適應(yīng)控制 173
8.3.2 非線性參數(shù)化非線性系統(tǒng)自適應(yīng)控制 176
8.4 在線參數(shù)估計(jì) 177
8.4.1 線性參數(shù)化模型 177
8.4.2 梯度估計(jì)方法 179
8.4.3 最小二乘估計(jì)方法 181
8.5 自適應(yīng)控制動(dòng)態(tài)性能的提升 184
8.5.1 復(fù)合自適應(yīng)控制 184
8.5.2 L1自適應(yīng)控制 186
第9章 非線性系統(tǒng)與非線性控制應(yīng)用案例 191
9.1 基于局部線性化的艦載飛機(jī)自動(dòng)著艦控制 191
9.1.1 飛機(jī)縱向非線性運(yùn)動(dòng)模型 191
9.1.2 飛機(jī)縱向力和力矩線性化模型 192
9.1.3 飛機(jī)小擾動(dòng)線性化模型 194
9.1.4 基于線性化模型的自動(dòng)著艦控制器設(shè)計(jì) 198
9.2 基于非線性動(dòng)態(tài)逆的飛機(jī)姿態(tài)控制 198
9.2.1 飛機(jī)6 自由度非線性模型 199
9.2.2 角速度回路的動(dòng)態(tài)逆控制 201
9.2.3 姿態(tài)角回路的動(dòng)態(tài)逆控制 203
9.3 基于最小二乘的船舶航向模型辨識(shí) 207
9.3.1 船舶航向模型 208
9.3.2 遺忘因子最小二乘法 208
9.3.3 基于滿秩分解的最小二乘算法設(shè)計(jì) 209
9.3.4 仿真驗(yàn)證 211
9.4 基于模型參考自適應(yīng)的船舶航向控制 214
9.4.1 船舶航向模型 214
9.4.2 微分跟蹤器 214
9.4.3 船舶航向自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì) 215
9.4.4 仿真驗(yàn)證 219
參考文獻(xiàn) 225