前言Ⅰ

仿真程序使用说明Ⅲ

第1章绪论

1.1机器人控制方法简介

1.1.1机器人常用的控制方法

1.1.2不确定机器人系统的控制

1.2机器人动力学模型及其结构特性

1.3基于S函数的Simulink仿真

1.3.1S函数简介

1.3.2S函数使用步骤

1.3.3S函数的基本功能及重要参数设定

1.3.4S函数描述实例

第2章机械手PID控制

2.1机械手独立PD控制

2.1.1控制律设计

2.1.2收敛性分析

2.1.3仿真实例

2.2基于重力补偿的机械手PD控制

2.2.1控制律设计

2.2.2控制律分析

2.3基于模型补偿的机械手PD控制

2.3.1系统描述

2.3.2控制器的设计

2.3.3仿真实例

参考文献

第3章机械手神经网络自适应控制

3.1一种简单的RBF网络自适应滑模控制

3.1.1问题描述

3.1.2RBF网络原理

3.1.3控制算法设计与分析

3.1.4仿真实例

3.2基于RBF网络逼近的机械手自适应控制

3.2.1问题的提出

3.2.2基于RBF神经网络逼近的控制器

3.2.3针对f(x)中各项分别进行神经网络逼近

3.2.4仿真实例

参考文献

第4章机械手模糊自适应控制

4.1单力臂机械手直接自适应模糊控制

4.1.1问题描述

4.1.2模糊控制器的设计

4.1.3自适应律的设计

4.1.4仿真实例

4.2单力臂机械手间接自适应模糊控制

4.2.1问题描述

4.2.2自适应模糊滑模控制器设计

4.2.3稳定性分析

4.2.4仿真实例

4.3单级倒立摆的监督模糊控制

4.3.1模糊系统的设计

4.3.2模糊监督控制器的设计

4.3.3稳定性分析

4.3.4仿真实例

4.4基于模糊补偿的机械手自适应模糊控制

4.4.1系统描述

4.4.2基于传统模糊补偿的控制

4.4.3基于模型信息已知的模糊补偿控制

4.4.4仿真实例

4.5基于线性矩阵不等式的单级倒立摆TS模糊控制

4.5.1基于LMI的TS型模糊系统控制器设计

4.5.2LMI不等式的设计及分析

4.5.3不等式的转换

4.5.4LMI设计实例说明

4.5.5单级倒立摆的TS模型模糊控制

参考文献

第5章机械手迭代学习控制及重复控制

5.1迭代学习控制的数学基础

5.1.1矩阵的迹及初等性质

5.1.2向量范数和矩阵范数

5.2迭代学习控制方法介绍

5.2.1迭代学习控制基本原理

5.2.2基本的迭代学习控制算法

5.2.3迭代学习控制主要分析方法

5.2.4迭代学习控制的关键技术

5.3机械手轨迹跟踪迭代学习控制仿真实例

5.3.1控制器设计

5.3.2仿真实例

5.4线性时变连续系统迭代学习控制

5.4.1系统描述

5.4.2控制器设计及收敛性分析

5.4.3仿真实例

5.5任意初始状态下的迭代学习控制

5.5.1问题的提出

5.5.2控制器的设计

5.5.3仿真实例

参考文献

第6章机械手反演控制

6.1简单反演控制器设计

6.1.1基本原理

6.1.2仿真实例

6.2单关节机械手的反演控制

6.2.1系统描述

6.2.2反演控制器设计

6.2.3仿真实例

6.3双耦合电机的反演控制

6.3.1系统描述

6.3.2反演控制器设计

6.3.3仿真实例

参考文献

第7章机械手滑模控制

7.1机械手动力学模型及特性

7.2基于计算力矩法的滑模控制

7.2.1系统描述

7.2.2控制律设计

7.2.3仿真实例

7.3基于输入输出稳定性理论的滑模控制

7.3.1系统描述

7.3.2控制律设计

7.3.3仿真实例

7.4基于LMI的指数收敛非线性干扰观测器的控制

7.4.1非线性干扰观测器的问题描述

7.4.2非线性干扰观测器的设计

7.4.3LMI不等式的求解

7.4.4计算力矩法的滑模控制

7.4.5仿真实例

7.5欠驱动两杆机械臂Pendubot滑模控制

7.5.1Pendubot控制问题

7.5.2Pendubot机械臂建模

7.5.3Pendubot动力学模型

7.5.4Pendubot模型的分析

7.5.5滑模控制律设计

7.5.6闭环稳定性分析

7.5.7基于Hurwitz的参数设计

7.5.8仿真实例

参考文献

第8章机械手自适应鲁棒控制

8.1单力臂机械系统的鲁棒自适应控制

8.1.1问题描述

8.1.2鲁棒模型参考自适应控制

8.1.3仿真实例

8.2二级倒立摆的H∞鲁棒控制

8.2.1系统的描述

8.2.2基于LMI的控制律的设计

8.2.3二级倒立摆系统的描述

8.2.4仿真实例

参考文献

第9章机械手末端轨迹及力的连续切换滑模控制

9.1基于双曲正切函数切换的滑模控制

9.1.1双曲正切函数的特性

9.1.2仿真实例

9.1.3基于双曲正切函数的滑模控制

9.1.4仿真实例

9.2基于位置动力学模型的机械手末端轨迹滑模控制

9.2.1工作空间直角坐标与关节角位置的转换

9.2.2机械手在工作空间的建模

9.2.3滑模控制器的设计

9.2.4仿真实例

9.3基于角度动力学模型的机械手末端轨迹滑模控制

9.3.1机械手在工作空间的建模

9.3.2工作空间直角坐标与关节角位置的转换

9.3.3滑模控制器的设计

9.3.4仿真实例

9.4工作空间中双关节机械手末端的阻抗滑模控制

9.4.1问题的提出

9.4.2阻抗模型的建立

9.4.3滑模控制器的设计

9.4.4仿真实例

9.5受约束条件下双关节机械手末端力及关节角度的滑模控制

9.5.1问题的提出

9.5.2模型的降阶

9.5.3控制律的设计

9.5.4稳定性分析

9.5.5仿真实例

参考文献

第10章重复控制基本原理及设计方法

10.1重复控制的基本原理

10.1.1重复控制的理论基础

10.1.2基本的重复控制系统结构

10.1.3基本重复控制系统稳定性分析

10.1.4仿真实例

10.2一种具有多路周期指令信号的数字重复控制

10.2.1系统的结构

10.2.2重复控制器的设计

10.2.3仿真实例

参考文献 2100433B

本书系统地介绍了机械手控制的几种先进设计方法，是作者多年来从事机器人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最新成果。 本书以机械手的控制为论述对象，共包括10章，分别介绍了先进PID控制、神经网络自适应控制、模糊自适应控制、迭代学习控制、反演控制、滑模控制、自适应鲁棒控制、末端轨迹及力控制、重复控制设计方法。每种方法都给出了算法推导、实例分析和相应的MATLAB仿真设计程序。本书各部分内容既相互联系又相互独立，读者可根据自己的需要选择学习。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，也可作为高等院校工业自动化、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。

本书系统地介绍了机械手为主的先进控制器的设计和分析方法，是作者多年从事机器人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最新成果。本书是在原有《机器人控制系统的设计与MATLAB仿真》基础上撰写而成的。全书分为上下两册，作为下册，本册以电机、机械手、倒立摆、移动机器人和四旋翼飞行器为对象，共分13章，包括控制系统输出受限控制、控制输入受限控制、基于轨迹规划的机械手控制、机械手模糊自适应反演控制、机械手迭代学习控制、柔性机械手反演及动态面控制、柔性机械臂分布式参数边界控制、移动机器人的轨迹跟踪控制、移动机器人双环轨迹跟踪控制、四旋翼飞行器轨迹控制、基于LMI的控制系统设计、基于线性矩阵不等式的倒立摆TS模糊控制和执行器容错控制。

本书系统地介绍了机器人控制的几种先进设计方法，是作者多年来从事机器人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最新成果。

全书以机器人为对象，共分10章，包括先进PID控制、神经网络自适应控制、模糊自适应控制、迭代学习控制、反演控制、滑模控制、自适应鲁棒控制、系统辨识和路径规划。每种方法都给出了算法推导，实例分析和相应的MATLAB仿真设计程序。

本书各部佞内容既相互联系又各自独立，读者可根扭需要选择学习，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数学参考书。

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章柔性机械手反演及动态面控制

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

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

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型模糊系统

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基于极点配置的单级倒立摆TS模糊控制

12.2.1基于2条模糊规则的控制器设计

12.2.2基于4条模糊规则的控制器设计

12.3基于LMI的单级倒立摆TS模糊控制

12.3.1LMI不等式的设计及分析

12.3.2不等式的转换

12.3.3LMI的设计实例

12.3.4基于LMI的单级倒立摆TS模糊控制

参考文献

第13章执行器自适应容错控制

13.1SISO系统执行器自适应容错控制

13.1.1控制问题描述

13.1.2控制律的设计与分析

13.1.3仿真实例

13.2MISO系统执行器自适应容错控制

13.2.1控制问题描述

13.2.2控制律的设计与分析

13.2.3仿真实例

13.3带执行器卡死的MISO系统自适应容错控制

13.3.1控制问题描述

13.3.2控制律的设计与分析

13.3.3仿真实例

13.4基于状态输出受限性能的切换容错控制

13.4.1多状态输出受限引理

13.4.2系统描述

13.4.3基于BarrierLyapunov的状态输出受限控制

13.4.4监控函数设计

13.4.5仿真实例

附录

参考文献 2100433B