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編輯推薦

適讀人群 ：從事生産過程自動化、計算機應用、機械電子和電氣自動化領域工作的工程技術人員閱讀

　　《機器人控製係統的設計與MATLAB仿真：先進設計方法/電子信息與電氣工程技術叢書》是在原有《機器人控製係統的設計與MATLAB仿真》基礎上撰寫而成，並刪除、增加和更新瞭部分內容。全書共分為兩冊，本書為上冊，即“基本設計方法”部分。本書共分10章，包括先進PID控製、神經網絡自適應控製、模糊自適應控製、迭代學習控製、反演控製、滑模控製、自適應魯棒控製、末端軌跡及力控製及重復控製設計方法。每種方法都給齣瞭算法推導、實例分析和相應的MATLAB設計仿真程序。本書特色如下：
　　(1)控製算法重點置於基礎理論分析，針對機械手基本控製算法進行瞭深入剖析。
　　(2)針對每種控製算法，均給齣瞭完整的MATLAB仿真程序，同時也給齣瞭程序的說明和仿真結果，具有很強的可讀性。
　　(3)從應用的角度齣發，理論聯係實際，麵嚮廣大工程技術人員，具有很強的工程性和實用性。
　　(4)《機器人控製係統的設計與MATLAB仿真：先進設計方法/電子信息與電氣工程技術叢書》中介紹的各種控製算法及應用實例非常完整，程序結構設計簡單明瞭，便於自學和進一步開發。
　　程序下載：全部仿真代碼可到清華大學齣版社網站本書頁麵下載。

內容簡介

　　《機器人控製係統的設計與MATLAB仿真：先進設計方法/電子信息與電氣工程技術叢書》係統地介紹瞭機械手為主的先進控製器的設計和分析方法，是作者多年從事機器人控製係統教學和科研工作的結晶，同時融入瞭國內外同行近年來所取得的*新成果。
　　《機器人控製係統的設計與MATLAB仿真：先進設計方法/電子信息與電氣工程技術叢書》是在原有《機器人控製係統的設計與MATLAB仿真》基礎上撰寫而成的。《機器人控製係統的設計與MATLAB仿真：先進設計方法/電子信息與電氣工程技術叢書》分為上下兩冊，作為下冊，本冊以電機、機械手、倒立擺、移動機器人和四鏇翼飛行器為對象，共分13章，包括控製係統輸齣受限控製、控製輸入受限控製、基於軌跡規劃的機械手控製、機械手模糊自適應反演控製、機械手迭代學習控製、柔性機械手反演及動態麵控製、柔性機械臂分布式參數邊界控製、移動機器人的軌跡跟蹤控製、移動機器人雙環軌跡跟蹤控製、四鏇翼飛行器軌跡控製、基於LMI的控製係統設計、基於綫性矩陣不等式的倒立擺T�睸模糊控製和執行器容錯控製。每種控製方法都給齣瞭算法推導、實例分析和相應的MATLAB仿真設計程序。
　　《機器人控製係統的設計與MATLAB仿真：先進設計方法/電子信息與電氣工程技術叢書》各部分內容既相互聯係又相互獨立，讀者可根據自己需要選擇學習。《機器人控製係統的設計與MATLAB仿真：先進設計方法/電子信息與電氣工程技術叢書》適用於從事生産過程自動化、計算機應用、機械電子和電氣自動化領域工作的工程技術人員閱讀，也可作為高等院校工業自動化、自動控製、機械電子、自動化儀錶、計算機應用等專業的教學參考書。

目錄

第1章控製係統輸齣受限控製
1.1輸齣受限引理
1.2位置輸齣受限控製
1.2.1係統描述
1.2.2控製器設計
1.2.3仿真實例
1.3位置及速度輸齣受限控製
1.3.1多狀態輸齣受限引理
1.3.2係統描述
1.3.3控製器設計與分析
1.3.4仿真實例
1.4按設定誤差性能指標收斂控製
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仿真實例
參考文獻
第2章控製係統輸入受限控製
2.1基於雙麯正切的控製輸入受限控製
2.1.1定理及分析
2.1.2基於雙麯正切的控製輸入受限控製
2.1.3仿真實例
2.2負載未知下的控製輸入受限控製
2.2.1問題的提齣
2.2.2自適應控製律設計
2.2.3閉環係統穩定性分析
2.2.4仿真實例
2.3帶擾動的控製輸入受限控製
2.3.1係統描述
2.3.2指數收斂乾擾觀測器設計
2.3.3控製器的設計及分析
2.3.4仿真實例
2.4基於反演的非綫性係統控製輸入受限控製
2.4.1係統描述
2.4.2雙麯正切光滑函數特點
2.4.3控製輸入受限方法
2.4.4基於反演的控製算法設計
2.4.5仿真實例
2.5基於輸齣受限和輸入受限的控製
2.5.1係統描述
2.5.2控製器設計
2.5.3基於反演的控製算法設計
2.5.4仿真實例
2.6基於反演的控製輸入及變化率受限控製
2.6.1係統描述
2.6.2控製輸入受限方法
2.6.3基於反演的控製算法設計
2.6.4仿真實例
2.7基於反演的控製輸入及變化率受限軌跡跟蹤控製
2.7.1係統描述
2.7.2控製輸入受限方法
2.7.3基於反演的控製算法設計
2.7.4仿真實例
2.8基於反演的控製輸入及變化率受限魯棒控製
2.8.1係統描述
2.8.2控製輸入受限方法
2.8.3基於反演的控製算法設計
2.9基於Nussbaum函數的控製輸入受限控製
2.9.1係統描述
2.9.2輸入受限控製方法
2.9.3基於反演的輸入受限控製算法設計
2.9.4仿真實例
附錄
參考文獻
第3章基於軌跡規劃的機械手控製
3.1差分進化算法
3.1.1差分進化算法的提齣
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製
3.3.1問題的提齣
3.3.2最優軌跡的優化
3.3.3仿真實例
3.4雙關節機械手最優軌跡控製
3.4.1係統描述
3.4.2規劃器設計
3.4.3仿真實例
參考文獻
第4章機械手模糊自適應反演控製
4.1基於反演方法的單關節機器人自適應模糊控製
4.1.1係統描述
4.1.2Backstepping控製器設計
4.1.3基於Backstepping的自適應模糊控製
4.1.4仿真實例
4.2雙關節機械臂的自適應模糊反演控製
4.2.1係統描述
4.2.2傳統Backstepping控製器設計及穩定性分析
4.2.3仿真實例
參考文獻
第5章機械手自適應迭代學習控製
5.1控製器增益自適應整定的機械手迭代學習控製
5.1.1問題的提齣
5.1.2控製器設計
5.1.3收斂性分析
5.1.4仿真實例
5.2基於增益自適應整定的機械手迭代學習控製的改進
5.2.1算法的改進
5.2.2仿真實例
5.3基於切換增益的單關節機械手迭代學習控製
5.3.1問題描述
5.3.2自適應迭代學習控製器設計
5.3.3收斂性分析
5.3.4仿真實例
5.4基於切換增益的多關節機械手迭代學習控製
5.4.1問題的提齣
5.4.2三個定理及收斂性分析
5.4.3仿真實例
附錄
參考文獻
第6章柔性機械手反演及動態麵控製
6.1柔性機械手的反演控製
6.1.1係統描述
6.1.2反演控製器設計
6.1.3仿真實例
6.2柔性機械手動態麵控製
6.2.1係統描述
6.2.2控製律設計
6.2.3穩定性分析
6.2.4仿真實例
6.3柔性關節機械手K�補鄄餛魃杓萍胺治�
6.3.1K�補鄄餛魃杓圃�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�補鄄餛魃杓樸敕治�
6.3.4按A0為Hurwitz進行K的設計
6.3.5仿真實例
6.4基於K�補鄄餛韉娜嶁怨亟諢�械手動態麵控製
6.4.1控製算法設計
6.4.2穩定性分析
6.4.3仿真實例
6.5柔性機械手神經網絡反演控製
6.5.1係統描述
6.5.2反演控製器設計
6.5.3仿真實例
參考文獻
第7章柔性機械臂分布式參數邊界控製
7.1柔性機械臂的偏微分方程動力學建模
7.1.1柔性機械臂的控製問題
7.1.2柔性機械臂的偏微分方程建模
7.2柔性機械臂分布式參數邊界控製——指數收斂方法
7.2.1引理
7.2.2邊界控製律的設計
7.2.3仿真實例
7.3柔性機械臂分布式參數邊界控製�睱aSalle分析方法
7.3.1模型描述
7.3.2模型的空間轉換
7.3.3閉環係統耗散性分析
7.3.4半群和緊湊性分析
7.3.5收斂性分析
7.3.6仿真實例
附錄
參考文獻
第8章移動機器人的軌跡跟蹤控製
8.1移動機器人運動學反演控製
8.1.1運動學模型的建立
8.1.2反演控製器設計
8.1.3仿真實例
8.2移動機器人動力學反演控製
8.2.1動力學模型的建立
8.2.2反演控製器設計
8.2.3仿真實例
8.3移動機器人軌跡跟蹤迭代學習控製
8.3.1數學基礎
8.3.2係統描述
8.3.3控製律設計及收斂性分析
8.3.4仿真實例
參考文獻
第9章移動機器人雙環軌跡跟蹤控製
9.1移動機器人的滑模軌跡跟蹤控製
9.1.1移動機器人運動學模型
9.1.2位置控製律設計（外環）
9.1.3姿態控製律設計（內環）
9.1.4閉環係統的設計關鍵
9.1.5仿真實例
9.2基於全局穩定的移動機器人雙環軌跡跟蹤控製
9.2.1移動機器人運動學模型
9.2.2動態係統全局漸近穩定定理
9.2.3控製係統設計
9.2.4整個閉環穩定性分析
9.2.5仿真實例
9.3移動機器人雙環編隊控製
9.3.1移動機器人運動學模型
9.3.2控製係統設計
9.3.3整個閉環穩定性分析
9.3.4仿真實例
參考文獻
第10章四鏇翼飛行器軌跡控製
10.1基於內外環的四鏇翼飛行器的PD控製
10.1.1四鏇翼飛行器動力學模型
10.1.2位置控製律設計
10.1.3虛擬姿態角度求解
10.1.4姿態控製律設計
10.1.5閉環係統的設計關鍵
10.1.6仿真實例
10.2基於雙閉環的四鏇翼飛行器速度控製
10.2.1四鏇翼飛行器動力學模型
10.2.2四鏇翼飛行器速度控製
10.2.3虛擬姿態角度求解
10.2.4姿態控製律設計
10.2.5閉環係統的設計關鍵
10.2.6仿真實例
10.3基於雙閉環的四鏇翼飛行器編隊控製
10.3.1四鏇翼飛行器動力學模型
10.3.2四鏇翼飛行器編隊控製
10.3.3虛擬姿態角度求解
10.3.4姿態控製律設計
10.3.5閉環係統的設計關鍵
10.3.6仿真實例
參考文獻
第11章基於LMI的控製係統設計
11.1控製係統LMI控製算法設計
11.1.1係統描述
11.1.2控製器設計與分析
11.1.3仿真實例
11.2位置跟蹤控製係統LMI算法設計
11.2.1係統描述
11.2.2控製器設計
11.2.3控製器設計與分析
11.2.4仿真實例
11.3帶擾動的控製係統LMI控製算法設計
11.3.1係統描述
11.3.2基於H∞指標控製器設計與分析
11.3.3LMI設計
11.3.4仿真實例
11.4帶擾動的控製係統LMI跟蹤控製算法設計
11.4.1係統描述
11.4.2仿真實例
11.5控製輸入受限下的LMI控製算法設計
11.5.1係統描述
11.5.2控製器的設計與分析
11.5.3LMI設計
11.5.4仿真實例
11.6控製輸入受限下位置跟蹤LMI控製算法
11.6.1係統描述
11.6.2控製器設計
11.6.3控製器設計與分析
11.6.4仿真實例
11.7控製輸入受限下的LMI倒立擺係統鎮定
11.7.1係統描述
11.7.2控製器設計與分析
11.7.3仿真實例
11.8基於LMI的控製輸入及其變化率受限控製算法
11.8.1係統描述
11.8.2控製器的設計與分析
11.8.3仿真實例
附錄
參考文獻
第12章基於LMI的倒立擺T�睸模糊控製
12.1單級倒立擺的T�睸模糊建模
12.1.1T�睸型模糊係統
12.1.2倒立擺係統的控製問題
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基於極點配置的單級倒立擺T�睸模糊控製
12.2.1基於2條模糊規則的控製器設計
12.2.2基於4條模糊規則的控製器設計
12.3基於LMI的單級倒立擺T�睸模糊控製
12.3.1LMI不等式的設計及分析
12.3.2不等式的轉換
12.3.3LMI的設計實例
12.3.4基於LMI的單級倒立擺T�睸模糊控製
參考文獻
第13章執行器自適應容錯控製
13.1SISO係統執行器自適應容錯控製
13.1.1控製問題描述
13.1.2控製律的設計與分析
13.1.3仿真實例
13.2MISO係統執行器自適應容錯控製
13.2.1控製問題描述
13.2.2控製律的設計與分析
13.2.3仿真實例
13.3帶執行器卡死的MISO係統自適應容錯控製
13.3.1控製問題描述
13.3.2控製律的設計與分析
13.3.3仿真實例
13.4基於狀態輸齣受限性能的切換容錯控製
13.4.1多狀態輸齣受限引理
13.4.2係統描述
13.4.3基於Barrier Lyapunov的狀態輸齣受限控製
13.4.4監控函數設計
13.4.5仿真實例
附錄
參考文獻

精彩書摘

第5章機械手自適應迭代學習控製
迭代學習控製是通過迭代修正改善某種控製目標，它的算法較為簡單，且能在給定的時間範圍內實現未知對象實際運行軌跡以高精度跟蹤給定期望軌跡，且不依賴係統的精確數學模型。因而一經推齣，就在機器人控製領域得到瞭廣泛的運用。
迭代學習控製(ILC,iterative learning control)是智能控製中具有嚴格數學描述的一個分支。1984年，Arimoto［1］等人提齣瞭迭代學習控製的概念，該控製方法適閤於具有重復運動性質的被控對象，它不依賴於係統的精確數學模型，能以非常簡單的方式處理不確定度相當高的非綫性強耦閤動態係統。目前,迭代學習控製在學習算法、收斂性、魯棒性、學習速度及工程應用研究上取得瞭巨大的進展［2,3］。
5.1控製器增益自適應整定的機械手迭代學習控製
本節通過對文獻［4］的控製方法進行詳細推導及仿真分析，研究一類機械手力臂自適應迭代學習控製的設計方法。並針對該控製算法存在的問題，提齣瞭相應的改進算法。
5.1.1問題的提齣
考慮n關節機械手，其動態方程如下：
D(qj(t))q¨j(t)+C(qj(t),
q·j(t))q·j(t)+G(qj(t),q·j(t))+Ta(t)
=Tj(t)(5.1)
其中j為迭代次數，t∈［0,tf］，q·j(t)∈Rn和
q¨j(t)∈Rn分彆為關節角度，角速度和角加速度，D(qj(t))∈Rn×n為慣性項，C(qj(t),q·j(t))q·j(t)∈Rn錶示離心力和哥氏力，G(qj(t),q·j(t))∈Rn為重力加摩擦力項，Ta(t)∈Rn為可重復的未知乾擾，Tj(t)∈Rn為控製輸入。
……

前言/序言

有關機器人控製理論及其工程應用，近年來已有大量的論文發錶。作者多年來一直從事控製理論及應用方麵的教學和研究工作，為瞭促進機器人控製和自動化技術的進步，反映機器人控製設計與應用中的最新研究成果，並使廣大研究人員和工程技術人員能夠瞭解、掌握和應用這一領域的最新技術，學會用MATLAB語言進行各種機器人控製算法的分析和設計，作者編寫瞭這本書，以拋磚引玉，供廣大讀者學習參考。
本書是作者在總結多年研究成果的基礎上，進一步理論化、係統化、規範化、實用化而成的，其特點是：
（1） 控製算法取材新穎，內容先進，重點置於學科交叉部分的前沿研究和介紹有潛力的新思想、新方法和新技術，取材著重於基本概念、基本理論和基本方法。
（2） 針對每種控製算法，給齣瞭完整的MATLAB仿真程序，並給齣瞭程序的說明和仿真結果，具有很強的可讀性。
（3） 著重從應用領域角度齣發，突齣理論聯係實際，麵嚮廣大工程技術人員，具有很強的工程性和實用性。書中有大量應用實例及其結果分析，為讀者提供瞭有益的藉鑒。
（4） 所給齣的各種控製算法完整，程序結構設計力求簡單明瞭，便於自學和進一步開發。
（5） 書中介紹的方法不局限於機械手的控製，同時也適閤於解決運動控製領域其他背景的控製問題。
本書主要以機械手為被控對象，此外，為瞭介紹一些新的運動控製方法，本書還以機械係統、電機、倒立擺和四鏇翼飛行器為被控對象來輔助說明。
本書是在原有《機器人控製係統的設計與MATLAB仿真》基礎上撰寫而成的。本書以電機、機械手、倒立擺、移動機器人和四鏇翼飛行器為對象，共分13章，其中第1~第2章以單入單齣的電機為被控對象，其中第1章介紹瞭控製係統輸齣受限的設計方法，第2章介紹瞭控製係統輸入受限的設計方法，第3章介紹瞭基於軌跡規劃的雙關節機械手控製的設計方法，第4章介紹瞭機械手模糊自適應反演控製的設計方法，第5章介紹瞭基於迭代學習算法的機械手控製方法，第6章介紹瞭柔性機械手反演及動態麵控製的設計方法，第7章介紹瞭柔性機械臂分布式參數建模和邊界控製設計方法，第8章介紹瞭基於反演控製和迭代學習理論的移動機器人軌跡跟蹤控製方法，第9章和第10章介紹瞭基於雙閉環控製係統的設計方法，其中第9章介紹瞭移動機器人雙環軌跡跟蹤控製方法，第10章介紹瞭四鏇翼飛行器軌跡控製方法，第11章和第12章分彆介紹瞭基於綫性矩陣不等式的控製係統設計方法和倒立擺T�睸模糊控製方法，第13章介紹瞭執行器容錯控製方法。
書中介紹的控製方法有些選自於高水平國際雜誌和著作中的經典控製方法，並對其中的一些算法進行瞭修正或補充。通過對一些典型控製器設計方法較詳細的理論分析和仿真分析，使一些深奧的控製理論易於掌握，為讀者的深入研究打下基礎。
本書是基於當前的MATLAB環境本書采用的MATLAB為英文版，故書中仿真圖為英文。下開發的，各個章節的內容具有很強的獨立性，讀者可以結閤自己的方嚮深入地進行研究。
由於作者水平有限，書中難免存在一些不足和錯誤之處，真誠歡迎廣大讀者批評指正。若讀者有指正或需與作者商討，或對控製算法及仿真程序有疑問，可通過電子郵件ljk@buaa.edu.cn與作者聯係。相信通過與廣大同行的交流，作者會得到許多新的有益的建議，從而將本書寫得更好。
劉金琨
2017年7月於北京航空航天大學


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