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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