機器人控制系統的設計與 MATLAB 模擬：先進設計方法, 2/e

本書從MATLAB模擬角度系統地介紹了滑模變結構控制的幾種先進方法和應用技術，是作者多年來從事控制系統教學和科研工作的結晶，同時融入了國內外同行近年來所取得的新成果。 本書是在原有第三版基礎上修改而成，並增加和修改了部分內容。全書共分十四章，包括欠驅動系統滑模控制、基於觀測器和解耦算法的滑模控制、控制輸入受限條件下的滑模控制、撓性系統和奇異攝動系統的滑模控制、機械手滑模控制、基於函數逼近的機械手滑模控制、基於乾擾觀測器的機械手滑模控制、柔性機械手滑模控制、飛行器滑模控制、基於**軌跡規劃的滑模控制、基於傳感器和執行器容錯的滑模控制、基於事件驅動的滑模控制、主輔電機的協調跟蹤滑模控制和具有控制輸入延遲的滑模控制。每種控制方法都通過MATLAB模擬程序進行了模擬分析。 本書各部分內容既相互聯系又相互獨立，讀者可根據自己需要選擇學習。本書適用於從事生產過程自動化、電腦應用、機械電子和電氣自動化領域工作的工程技術人員閱讀，也可作為大專院校工業自動化、自動控制、機械電子、自動化儀表、電腦應用等專業的教學參考書。

 

目錄

 

第1章控制系統輸出受限控制

 

1.1輸出受限引理

 

1.2位置輸出受限控制

 

1.2.1系統描述

 

1.2.2控制器設計

 

1.2.3模擬實例

 

1.3位置及速度輸出受限控制

 

1.3.1多狀態輸出受限引理

 

1.3.2系統描述

 

1.3.3控制器設計與分析

 

1.3.4模擬實例

 

1.4按設定誤差性能指標收斂控制

 

1.4.1問題描述

 

1.4.2跟蹤誤差性能函數設計

 

1.4.3收斂性分析

 

1.4.4模擬實例

 

參考文獻

 

第2章控制系統輸入受限控制

 

2.1基於雙曲正切的控制輸入受限控制

 

2.1.1定理及分析

 

2.1.2基於雙曲正切的控制輸入受限控制

 

2.1.3模擬實例

 

2.2負載未知下的控制輸入受限控制

 

2.2.1問題的提出

 

2.2.2自適應控制律設計

 

2.2.3閉環系統穩定性分析

 

2.2.4模擬實例

 

2.3帶擾動的控制輸入受限控制

 

2.3.1系統描述

 

2.3.2指數收斂乾擾觀測器設計

 

2.3.3控制器的設計及分析

 

2.3.4模擬實例

 

2.4基於反演的非線性系統控制輸入受限控制

 

2.4.1系統描述

 

2.4.2雙曲正切光滑函數特點

 

2.4.3控制輸入受限方法

 

2.4.4基於反演的控制算法設計

 

2.4.5模擬實例

 

2.5基於輸出受限和輸入受限的控制

 

2.5.1系統描述

 

2.5.2控制器設計

 

2.5.3基於反演的控制算法設計

 

2.5.4模擬實例

 

2.6基於反演的控制輸入及變化率受限控制

 

2.6.1系統描述

 

2.6.2控制輸入受限方法

 

2.6.3基於反演的控制算法設計

 

2.6.4模擬實例

 

2.7基於反演的控制輸入及變化率受限軌跡跟蹤控制

 

2.7.1系統描述

 

2.7.2控制輸入受限方法

 

2.7.3基於反演的控制算法設計

 

2.7.4模擬實例

 

2.8基於反演的控制輸入及變化率受限魯棒控制

 

2.8.1系統描述

 

2.8.2控制輸入受限方法

 

2.8.3基於反演的控制算法設計

 

2.9基於Nussbaum函數的控制輸入受限控制

 

2.9.1系統描述

 

2.9.2輸入受限控制方法

 

2.9.3基於反演的輸入受限控制算法設計

 

2.9.4模擬實例

 

附錄

 

參考文獻

 

第3章基於軌跡規劃的機械手控制

 

3.1差分進化算法

 

3.1.1差分進化算法的提出

 

3.1.2標準差分進化算法

 

3.1.3差分進化算法的基本流程

 

3.1.4差分進化算法的參數設置

 

3.1.5基於差分進化算法的函數優化

 

3.2軌跡規劃算法的設計

 

3.2.1一個簡單的樣條插值實例

 

3.2.2軌跡規劃算法介紹

 

3.2.3最優軌跡的設計

 

3.3單關節機械手最優軌跡控制

 

3.3.1問題的提出

 

3.3.2最優軌跡的優化

 

3.3.3模擬實例

 

3.4雙關節機械手最優軌跡控制

 

3.4.1系統描述

 

3.4.2規劃器設計

 

3.4.3模擬實例

 

參考文獻

 

第4章機械手模糊自適應反演控制

 

4.1基於反演方法的單關節機器人自適應模糊控制

 

4.1.1系統描述

 

4.1.2Backstepping控制器設計

 

4.1.3基於Backstepping的自適應模糊控制

 

4.1.4模擬實例

 

4.2雙關節機械臂的自適應模糊反演控制

 

4.2.1系統描述

 

4.2.2傳統Backstepping控制器設計及穩定性分析

 

4.2.3模擬實例

 

參考文獻

 

第5章機械手自適應迭代學習控制

 

5.1控制器增益自適應整定的機械手迭代學習控制

 

5.1.1問題的提出

 

5.1.2控制器設計

 

5.1.3收斂性分析

 

5.1.4模擬實例

 

5.2基於增益自適應整定的機械手迭代學習控制的改進

 

5.2.1算法的改進

 

5.2.2模擬實例

 

5.3基於切換增益的單關節機械手迭代學習控制

 

5.3.1問題描述

 

5.3.2自適應迭代學習控制器設計

 

5.3.3收斂性分析

 

5.3.4模擬實例

 

5.4基於切換增益的多關節機械手迭代學習控制

 

5.4.1問題的提出

 

5.4.2三個定理及收斂性分析

 

5.4.3模擬實例

 

附錄

 

參考文獻

 

第6章柔性機械手控制

 

6.1柔性機械手的反演控制

 

6.1.1系統描述

 

6.1.2反演控制器設計

 

6.1.3模擬實例

 

6.2柔性機械手動態面控制

 

6.2.1系統描述

 

6.2.2控制律設計

 

6.2.3穩定性分析

 

6.2.4模擬實例

 

6.3柔性關節機械手K觀測器設計及分析

 

6.3.1K觀測器設計原理

 

6.3.2柔性關節機械手模型描述與變換

 

6.3.3柔性關節機械手K觀測器設計與分析

 

6.3.4按A0為Hurwitz進行K的設計

 

6.3.5模擬實例

 

6.4基於K觀測器的柔性關節機械手動態面控制

 

6.4.1控制算法設計

 

6.4.2穩定性分析

 

6.4.3模擬實例

 

6.5柔性機械手神經網絡反演控制

 

6.5.1系統描述

 

6.5.2反演控制器設計

 

6.5.3模擬實例

 

6.6柔性機械手欠驅動滑模控制

 

6.6.1系統描述

 

6.6.2控制器設計及穩定性分析

 

6.6.3收斂性分析

 

6.6.4模擬實例

 

6.7柔性機械手雙閉環控制

 

6.7.1系統描述

 

6.7.2控制器設計與分析

 

6.7.3微分器的設計

 

6.7.4模擬實例

 

參考文獻

 

第7章柔性機械臂分佈式參數邊界控制

 

7.1柔性機械臂的偏微分方程動力學建模

 

7.1.1柔性機械臂的控制問題

 

7.1.2柔性機械臂的偏微分方程建模

 

7.2柔性機械臂分佈式參數邊界控制——指數收斂方法

 

7.2.1引理

 

7.2.2邊界控制律的設計 

 

7.2.3模擬實例

 

7.3柔性機械臂分佈式參數邊界控制——LaSalle分析方法

 

7.3.1模型描述

 

7.3.2模型的空間轉換

 

7.3.3閉環系統耗散性分析 

 

7.3.4半群和緊湊性分析

 

7.3.5收斂性分析

 

7.3.6模擬實例

 

附錄

 

參考文獻

 

第8章移動機器人的軌跡跟蹤控制

 

8.1移動機器人運動學反演控制

 

8.1.1運動學模型的建立

 

8.1.2反演控制器設計

 

8.1.3模擬實例

 

8.2移動機器人動力學反演控制

 

8.2.1動力學模型的建立

 

8.2.2反演控制器設計

 

8.2.3模擬實例

 

8.3移動機器人軌跡跟蹤迭代學習控制

 

8.3.1數學基礎

 

8.3.2系統描述

 

8.3.3控制律設計及收斂性分析

 

8.3.4模擬實例

 

8.4基於蟻群算法的避障及路徑規劃

 

8.4.1問題描述

 

8.4.2柵格法

 

8.4.3基於蟻群算法的最短路徑規劃

 

8.4.4模擬實例

 

參考文獻

 

第9章移動機器人雙環軌跡跟蹤控制

 

9.1移動機器人的滑模軌跡跟蹤控制

 

9.1.1移動機器人運動學模型

 

9.1.2位置控制律設計（外環）

 

9.1.3姿態控制律設計（內環）

 

9.1.4閉環系統的設計關鍵

 

9.1.5模擬實例

 

9.2基於全局穩定的移動機器人雙環軌跡跟蹤控制

 

9.2.1移動機器人運動學模型

 

9.2.2動態系統全局漸近穩定定理

 

9.2.3控制系統設計

 

9.2.4整個閉環穩定性分析

 

9.2.5模擬實例

 

9.3移動機器人雙環編隊控制

 

9.3.1移動機器人運動學模型

 

9.3.2控制系統設計

 

9.3.3整個閉環穩定性分析

 

9.3.4模擬實例

 

參考文獻

 

第10章四旋翼飛行器軌跡控制

 

10.1基於內外環的四旋翼飛行器的PD控制

 

10.1.1四旋翼飛行器動力學模型

 

10.1.2位置控制律設計

 

10.1.3虛擬姿態角度求解

 

10.1.4姿態控制律設計

 

10.1.5閉環系統的設計關鍵

 

10.1.6模擬實例

 

10.2基於雙閉環的四旋翼飛行器速度控制

 

10.2.1四旋翼飛行器動力學模型

 

10.2.2四旋翼飛行器速度控制

 

10.2.3虛擬姿態角度求解

 

10.2.4姿態控制律設計

 

10.2.5閉環系統的設計關鍵

 

10.2.6模擬實例

 

10.3基於雙閉環的四旋翼飛行器編隊控制

 

10.3.1四旋翼飛行器動力學模型

 

10.3.2四旋翼飛行器編隊控制

 

10.3.3虛擬姿態角度求解

 

10.3.4姿態控制律設計

 

10.3.5閉環系統的設計關鍵

 

10.3.6模擬實例

 

參考文獻

 

第11章基於LMI的控制系統設計

 

11.1控制系統LMI控制算法設計

 

11.1.1系統描述

 

11.1.2控制器設計與分析

 

11.1.3模擬實例

 

11.2位置跟蹤控制系統LMI算法設計

 

11.2.1系統描述

 

11.2.2控制器設計

 

11.2.3控制器設計與分析

 

11.2.4模擬實例

 

11.3帶擾動的控制系統LMI控制算法設計

 

11.3.1系統描述

 

11.3.2基於H∞指標控制器設計與分析

 

11.3.3LMI設計

 

11.3.4模擬實例

 

11.4帶擾動的控制系統LMI跟蹤控制算法設計

 

11.4.1系統描述

 

11.4.2模擬實例

 

11.5控制輸入受限下的LMI控制算法設計

 

11.5.1系統描述

 

11.5.2控制器的設計與分析

 

11.5.3LMI設計

 

11.5.4模擬實例

 

11.6控制輸入受限下位置跟蹤LMI控制算法

 

11.6.1系統描述

 

11.6.2控制器設計

 

11.6.3控制器設計與分析

 

11.6.4模擬實例

 

11.7控制輸入受限下的LMI倒立擺系統鎮定

 

11.7.1系統描述

 

11.7.2控制器設計與分析

 

11.7.3模擬實例

 

11.8基於LMI的控制輸入及其變化率受限控制算法

 

11.8.1系統描述

 

11.8.2控制器的設計與分析

 

11.8.3模擬實例

 

附錄

 

參考文獻

 

第12章基於LMI的倒立擺TS模糊控制

 

12.1單級倒立擺的TS模糊建模

 

12.1.1TS模糊系統

 

12.1.2倒立擺系統的控制問題

 

12.1.3基於2條模糊規則的設計

 

12.1.4基於4條模糊規則的設計

 

12.2基於LMI的單級倒立擺TS模糊控制 

 

12.2.1LMI不等式的設計及分析

 

12.2.2不等式的轉換

 

12.2.3LMI的設計實例

 

12.2.4基於LMI的單級倒立擺TS模糊控制

 

參考文獻

 

第13章執行器自適應容錯控制

 

13.1SISO系統執行器自適應容錯控制

 

13.1.1控制問題描述

 

13.1.2控制律的設計與分析

 

13.1.3模擬實例

 

13.2MISO系統執行器自適應容錯控制

 

13.2.1控制問題描述

 

13.2.2控制律的設計與分析

 

13.2.3模擬實例

 

13.3帶執行器卡死的MISO系統自適應容錯控制

 

13.3.1控制問題描述

 

13.3.2控制律的設計與分析

 

13.3.3模擬實例

 

13.4基於狀態輸出受限性能的切換容錯控制

 

13.4.1多狀態輸出受限引理

 

13.4.2系統描述

 

13.4.3基於Barrier Lyapunov的狀態輸出受限控制

 

13.4.4監控函數設計

 

13.4.5模擬實例

 

13.5單輸入條件下時變執行器故障和控制方向未知時的跟蹤控制

 

13.5.1系統描述

 

13.5.2控制律設計與分析

 

13.5.3模擬實例

 

13.6多輸入條件下時變執行器故障和控制方向未知時的跟蹤控制

 

13.6.1系統描述

 

13.6.2控制律設計與分析

 

13.6.3模擬實例

 

附錄

 

參考文獻

 

第14章多智能體系統的一致性控制的設計與分析

 

14.1二階多智能體系統的一致性協調魯棒控制

 

14.1.1系統描述

 

14.1.2控制律設計與分析

 

14.1.3模擬實例

 

14.2基於通信感知半徑的多智能體系統一致性跟蹤控制

 

14.2.1系統描述

 

14.2.2控制律設計與分析

 

14.2.3模擬實例

 

14.3基於控制輸入受限的多智能體系統一致性控制

 

14.3.1系統描述

 

14.3.2控制律設計與分析

 

14.3.3模擬實例

 

14.4基於執行器容錯的單關節機械手多智能體系統一致性協調控制

 

14.4.1系統描述

 

14.4.2控制律設計與分析

 

14.4.3模擬實例

 

參考文獻