控制系統設計方法與實例

本書圍繞著特殊類型控制系統的設計問題闡述了6種設計方法。
全書共分為7章。
第1章介紹控制系統及技術的發展、主要分析方法及性能指標；
第2章介紹不穩定對象的控制設計方法；
第3章介紹撓性系統的控制設計方法；
第4章介紹三明治系統的複合控制器設計方法；
第5章介紹基於奇異值攝動的雙連桿機械手臂軌跡追蹤控制；
第6章介紹超空泡航行體的控制設計方法；
第7章介紹非線性多項式系統的SOS法分析和設計。

前言
第1章緒論1
1.1本書的內容考慮1
1.2控制系統的發展2
1.2.1古代階段2
1.2.2 1930年以前的時期3
1.2.3 1930～1950年期間5
1.2.4 195001980年～1980年期間8
1.2.5 1980年以後的時期9
1.3控制系統的分析方法11
1.3.1Routh穩定判據11
1.3.2Nyquist穩定判據12
1.3.3Lyapunov穩定性13
1.4控制系統的性能指標14 1.4.114 1.4.114 1.4.114 1.4.114
1.4.13Lyapunov穩定性度14
1.4.2靈敏度函數14
1.5數學準備16
1.6本章小結16
第2章不穩定物件的控制設計17
2.1不穩定物件的特性17
2.2不穩定物件的控制問題18
2.3不穩定物件的PID控制19
2.4不穩定物件的H∞狀態回授設計23
2.4.1磁懸浮系統狀態空間方程式23
2.4.2H∞狀態回授設計26
2.5H∞輸出回授設計33
2.5.1常規S/T混合靈敏度設計的加權函數33
2.5. 2不穩定物件的加權函數35
2.5.3不穩定物件的S/T混合靈敏度設計36
2.6不穩定物件的非線性H∞狀態回授設計39
2.6.1仿射非線性系統39
2.6.2非線性H ∞控制40
2.6.3求解HJI不等式44
2.6.4非線性設計模擬47
2.7本章小結51
第3章弱阻尼撓性系統的控制設計52
3.1撓性系統的數學模型52
3.2撓性系統的控制問題54
3.3H∞迴路成形法57
3.3.1互質因子分解57
3.3.2互質因子不確定性59
3.3.3H∞標準問題59
3.3.4小增益定理60
3.3.5參數化61
3.36H∞迴路成形設計的基本想法61
3.4撓性系統的H∞迴路成形設計62
3.4.1H∞迴路成形法的穩健性62
3.4.2互質因式攝動分析67
3.4.3不穩定控制器的分析和避免71
3.5混合靈敏度設計73
3.6H∞迴路成形中的μ綜合法75
3.6.1結構奇異值和μ綜合76
3.6.2H∞迴路成形與μ綜合結合78
3.6.3電動汽車動力總成系統的H ∞迴路成形中的μ綜合法80
3.7撓性系統基於相位控制的H∞魯棒設計85
3.7.1相位控制85
3.7.2H∞加權最佳化設計方法86
3.7.3模擬分析88
3.8本章小結90
第4章三明治系統的控制設計91
4.1典型三明治系統模型91
4.2基於擾動觀測器的PID-P複合控制93
4.2.1複合控制策略94
4.2.2擾動觀測器設計94
4.2.3確定控制器參數的係數表法95
4.2.4控制器設計96
4.2.5模擬驗證99
4.3結構化H∞控制100
4.3.1EPS系統100
4.3.2EPS系統的結構化H∞控制設計102
4.3.3飛機縱向運動的結構化H∞控制設計105
4.4本章小結109
第5章雙連桿柔性關節機械臂的軌跡追蹤控制110
5.1雙連桿柔性關節機械臂的動力學模型110
5.2角位移高階導數不可測的雙連桿機械臂滑模控制111
5.2.1動力學模型轉換112
5.2.2擴張狀態觀測器113
5.2.3滑模控制器設計115
5.2.4模擬分析117
5.3存在未知外界擾動的機械臂奇異攝動魯棒控制120
5.3.1奇異攝動的基本原理120
5.3.2柔性關節機械手臂降階模型121
5.3.3控制器設計122
5.3.4模擬分析126
5.4關節剛度不足的機械手臂改良奇異攝動終端滑模控制128
5.4.1動力學模型的等效柔性補償129
5.4.2降階慢子系統設計130
5.4.3RBF神經網路130
5.4.4終端滑模理論131
5.4.5降階慢子系統控制器設計133
5.4.6模擬分析135
5.5本章小結137
第6章超空泡航行體的控制138
6.1超空泡航行體的數學模型與分析138
6.1.1超空泡航行體的體座標系與模型基本參數139
6.1.2超空泡航行體縱向平面流體動力分析140
6.1.3超空泡航行體控制模型142
6.1.4超空泡航行體運動分析與模擬144
6.2超空泡航行體的狀態回授控制設計145
6.2.1回授控制設計145
6.2.2回饋控制的穩定性分析151
6.2.3超空泡航行體的實際運轉性能分析151
6.3超空泡航行體的H∞控制156
6.3.1H∞狀態回授設計157
6.3.2超空泡航行體H∞狀態回饋下的性能164
6.3.3比較分析164
6.4超空泡航行體的時滯特性分析170
6.4.1超空泡的時滯效應及考慮時滯的滑行力171
6.4.2常規狀態回授下的性能對比173
6.4.3H∞控制下的性能對比174
6.5超空泡航行體的觀測器設計與補償176
6.5.1超空泡航行體的常值擾動分析176
6.5.2超空泡航行體的擾動觀測器設計177
6.5.3補償與系統設計的關係181
6.6本章小結184
第7章非線性系統的SOS法分析與設計186
7.1 SOS相關概念186
7.1.1SOS多項式186
7.1.2SOS多項式分解187
7.1.3SOS約束188
7.2非線性系統的SOS法分析189
7.2.1SOS穩定域分析189 7.2.2SOS
的決策變數1917.
192
7.3非線性系統的SOS法設計197
7.3.1雙線性矩陣不等式197
7.3.2狀態依賴LMIs與SOS法分解198
7.3.3SOS法設計200
7.3.4衛星大角度姿態機動的SOS法設計202
7.3 .5設計中的兩個問題207
7.4本章小結209
參考文獻210