机器人控制系统的设计与MATLAB仿真：先进设计方法（第2版）

　　本书从MATLAB仿真角度系统地介绍了滑模变结构控制的几种先进方法和应用技术，是作者多年来从事控制系统教学和科研工作的结晶，同时融入了国内外同行近年来所取得的新成果。 本书是在原有第三版基础上修改而成，并增加和修改了部分内容。全书共分十四章，包括欠驱动系统滑模控制、基于观测器和解耦算法的滑模控制、控制输入受限条件下的滑模控制、挠性系统和奇异摄动系统的滑模控制、机械手滑模控制、基于函数逼近的机械手滑模控制、基于干扰观测器的机械手滑模控制、柔性机械手滑模控制、飞行器滑模控制、基于轨迹规划的滑模控制、基于传感器和执行器容错的滑模控制、基于事件驱动的滑模控制、主辅电机的协调跟踪滑模控制和具有控制输入延迟的滑模控制。每种控制方法都通过MATLAB仿真程序进行了仿真分析。 本书各部分内容既相互联系又相互独立，读者可根据自己需要选择学习。本书适用于从事生产过程自动化、计算机应用、机械电子和电气自动化领域工作的工程技术人员阅读，也可作为大专院校工业自动化、自动控制、机械电子、自动化仪表、计算机应用等专业的教学参考书。

　　刘金琨，北京航空航天大学教授，博士生导师。分别于1989年7月、1994年3月和1997年3月获东北大学工学学士、工学硕士和工学博士学位。1997年3月─1998年12月在浙江大学工业控制技术研究所做博士后研究工作；1999年1月─1999年7月在香港科技大学从事合作研究；1999年11月至今在北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院从事教学与科研工作，主讲“智能控制”“先进控制系统设计”“系统辨识”等课程，主要研究方向为控制理论与应用。先后主持国家自然科学基金等科研项目10余项，发表学术论文100余篇，出版《先进PID控制MATLAB仿真》《滑模变结构控制MATLAB仿真》《机器人控制系统的设计与MATLAB仿真》《RBF神经网络自适应控制MATLAB仿真》《系统辨识》《智能控制——理论基础、算法设计与应用》等著作。

第1章控制系统输出受限控制

1.1输出受限引理

1.2位置输出受限控制

1.2.1系统描述

1.2.2控制器设计

1.2.3仿真实例

1.3位置及速度输出受限控制

1.3.1多状态输出受限引理

1.3.2系统描述

1.3.3控制器设计与分析

1.3.4仿真实例

1.4按设定误差性能指标收敛控制

1.4.1问题描述

1.4.2跟踪误差性能函数设计

1.4.3收敛性分析

1.4.4仿真实例

参考文献

第2章控制系统输入受限控制

2.1基于双曲正切的控制输入受限控制

2.1.1定理及分析

2.1.2基于双曲正切的控制输入受限控制

2.1.3仿真实例

2.2负载未知下的控制输入受限控制

2.2.1问题的提出

2.2.2自适应控制律设计

2.2.3闭环系统稳定性分析

2.2.4仿真实例

2.3带扰动的控制输入受限控制

2.3.1系统描述

2.3.2指数收敛干扰观测器设计

2.3.3控制器的设计及分析

2.3.4仿真实例

2.4基于反演的非线性系统控制输入受限控制

2.4.1系统描述

2.4.2双曲正切光滑函数特点

2.4.3控制输入受限方法

2.4.4基于反演的控制算法设计

2.4.5仿真实例

2.5基于输出受限和输入受限的控制

2.5.1系统描述

2.5.2控制器设计

2.5.3基于反演的控制算法设计

2.5.4仿真实例

2.6基于反演的控制输入及变化率受限控制

2.6.1系统描述

2.6.2控制输入受限方法

2.6.3基于反演的控制算法设计

2.6.4仿真实例

2.7基于反演的控制输入及变化率受限轨迹跟踪控制

2.7.1系统描述

2.7.2控制输入受限方法

2.7.3基于反演的控制算法设计

2.7.4仿真实例

2.8基于反演的控制输入及变化率受限鲁棒控制

2.8.1系统描述

2.8.2控制输入受限方法

2.8.3基于反演的控制算法设计

2.9基于Nussbaum函数的控制输入受限控制

2.9.1系统描述

2.9.2输入受限控制方法

2.9.3基于反演的输入受限控制算法设计

2.9.4仿真实例

附录

参考文献

第3章基于轨迹规划的机械手控制

3.1差分进化算法

3.1.1差分进化算法的提出

3.1.2标准差分进化算法

3.1.3差分进化算法的基本流程

3.1.4差分进化算法的参数设置

3.1.5基于差分进化算法的函数优化

3.2轨迹规划算法的设计

3.2.1一个简单的样条插值实例

3.2.2轨迹规划算法介绍

3.2.3最优轨迹的设计

3.3单关节机械手最优轨迹控制

3.3.1问题的提出

3.3.2最优轨迹的优化

3.3.3仿真实例

3.4双关节机械手最优轨迹控制

3.4.1系统描述

3.4.2规划器设计

3.4.3仿真实例

参考文献

第4章机械手模糊自适应反演控制

4.1基于反演方法的单关节机器人自适应模糊控制

4.1.1系统描述

4.1.2Backstepping控制器设计

4.1.3基于Backstepping的自适应模糊控制

4.1.4仿真实例

4.2双关节机械臂的自适应模糊反演控制

4.2.1系统描述

4.2.2传统Backstepping控制器设计及稳定性分析

4.2.3仿真实例

参考文献

第5章机械手自适应迭代学习控制

5.1控制器增益自适应整定的机械手迭代学习控制

5.1.1问题的提出

5.1.2控制器设计

5.1.3收敛性分析

5.1.4仿真实例

5.2基于增益自适应整定的机械手迭代学习控制的改进

5.2.1算法的改进

5.2.2仿真实例

5.3基于切换增益的单关节机械手迭代学习控制

5.3.1问题描述

5.3.2自适应迭代学习控制器设计

5.3.3收敛性分析

5.3.4仿真实例

5.4基于切换增益的多关节机械手迭代学习控制

5.4.1问题的提出

5.4.2三个定理及收敛性分析

5.4.3仿真实例

附录

参考文献

第6章柔性机械手控制

6.1柔性机械手的反演控制

6.1.1系统描述

6.1.2反演控制器设计

6.1.3仿真实例

6.2柔性机械手动态面控制

6.2.1系统描述

6.2.2控制律设计

6.2.3稳定性分析

6.2.4仿真实例

6.3柔性关节机械手K观测器设计及分析

6.3.1K观测器设计原理

6.3.2柔性关节机械手模型描述与变换

6.3.3柔性关节机械手K观测器设计与分析

6.3.4按A0为Hurwitz进行K的设计

6.3.5仿真实例

6.4基于K观测器的柔性关节机械手动态面控制

6.4.1控制算法设计

6.4.2稳定性分析

6.4.3仿真实例

6.5柔性机械手神经网络反演控制

6.5.1系统描述

6.5.2反演控制器设计

6.5.3仿真实例

6.6柔性机械手欠驱动滑模控制

6.6.1系统描述

6.6.2控制器设计及稳定性分析

6.6.3收敛性分析

6.6.4仿真实例

6.7柔性机械手双闭环控制

6.7.1系统描述

6.7.2控制器设计与分析

6.7.3微分器的设计

6.7.4仿真实例

参考文献

第7章柔性机械臂分布式参数边界控制

7.1柔性机械臂的偏微分方程动力学建模

7.1.1柔性机械臂的控制问题

7.1.2柔性机械臂的偏微分方程建模

7.2柔性机械臂分布式参数边界控制——指数收敛方法

7.2.1引理

7.2.2边界控制律的设计

7.2.3仿真实例

7.3柔性机械臂分布式参数边界控制——LaSalle分析方法

7.3.1模型描述

7.3.2模型的空间转换

7.3.3闭环系统耗散性分析

7.3.4半群和紧凑性分析

7.3.5收敛性分析

7.3.6仿真实例

附录

参考文献

第8章移动机器人的轨迹跟踪控制

8.1移动机器人运动学反演控制

8.1.1运动学模型的建立

8.1.2反演控制器设计

8.1.3仿真实例

8.2移动机器人动力学反演控制

8.2.1动力学模型的建立

8.2.2反演控制器设计

8.2.3仿真实例

8.3移动机器人轨迹跟踪迭代学习控制

8.3.1数学基础

8.3.2系统描述

8.3.3控制律设计及收敛性分析

8.3.4仿真实例

8.4基于蚁群算法的避障及路径规划

8.4.1问题描述

8.4.2栅格法

8.4.3基于蚁群算法的最短路径规划

8.4.4仿真实例

参考文献

第9章移动机器人双环轨迹跟踪控制

9.1移动机器人的滑模轨迹跟踪控制

9.1.1移动机器人运动学模型

9.1.2位置控制律设计（外环）

9.1.3姿态控制律设计（内环）

9.1.4闭环系统的设计关键

9.1.5仿真实例

9.2基于全局稳定的移动机器人双环轨迹跟踪控制

9.2.1移动机器人运动学模型

9.2.2动态系统全局渐近稳定定理

9.2.3控制系统设计

9.2.4整个闭环稳定性分析

9.2.5仿真实例

9.3移动机器人双环编队控制

9.3.1移动机器人运动学模型

9.3.2控制系统设计

9.3.3整个闭环稳定性分析

9.3.4仿真实例

参考文献

第10章四旋翼飞行器轨迹控制

10.1基于内外环的四旋翼飞行器的PD控制

10.1.1四旋翼飞行器动力学模型

10.1.2位置控制律设计

10.1.3虚拟姿态角度求解

10.1.4姿态控制律设计

10.1.5闭环系统的设计关键

10.1.6仿真实例

10.2基于双闭环的四旋翼飞行器速度控制

10.2.1四旋翼飞行器动力学模型

10.2.2四旋翼飞行器速度控制

10.2.3虚拟姿态角度求解

10.2.4姿态控制律设计

10.2.5闭环系统的设计关键

10.2.6仿真实例

10.3基于双闭环的四旋翼飞行器编队控制

10.3.1四旋翼飞行器动力学模型

10.3.2四旋翼飞行器编队控制

10.3.3虚拟姿态角度求解

10.3.4姿态控制律设计

10.3.5闭环系统的设计关键

10.3.6仿真实例

参考文献

第11章基于LMI的控制系统设计

11.1控制系统LMI控制算法设计

11.1.1系统描述

11.1.2控制器设计与分析

11.1.3仿真实例

11.2位置跟踪控制系统LMI算法设计

11.2.1系统描述

11.2.2控制器设计

11.2.3控制器设计与分析

11.2.4仿真实例

11.3带扰动的控制系统LMI控制算法设计

11.3.1系统描述

11.3.2基于H∞指标控制器设计与分析

11.3.3LMI设计

11.3.4仿真实例

11.4带扰动的控制系统LMI跟踪控制算法设计

11.4.1系统描述

11.4.2仿真实例

11.5控制输入受限下的LMI控制算法设计

11.5.1系统描述

11.5.2控制器的设计与分析

11.5.3LMI设计

11.5.4仿真实例

11.6控制输入受限下位置跟踪LMI控制算法

11.6.1系统描述

11.6.2控制器设计

11.6.3控制器设计与分析

11.6.4仿真实例

11.7控制输入受限下的LMI倒立摆系统镇定

11.7.1系统描述

11.7.2控制器设计与分析

11.7.3仿真实例

11.8基于LMI的控制输入及其变化率受限控制算法

11.8.1系统描述

11.8.2控制器的设计与分析

11.8.3仿真实例

附录

参考文献

第12章基于LMI的倒立摆TS模糊控制

12.1单级倒立摆的TS模糊建模

12.1.1TS模糊系统

12.1.2倒立摆系统的控制问题

12.1.3基于2条模糊规则的设计

12.1.4基于4条模糊规则的设计

12.2基于LMI的单级倒立摆TS模糊控制

12.2.1LMI不等式的设计及分析

12.2.2不等式的转换

12.2.3LMI的设计实例

12.2.4基于LMI的单级倒立摆TS模糊控制

参考文献