滑模變結構控制MATLAB仿真：先進控制系統設計方法(第4版)（簡體書）

前言

有關滑模變結構控制理論及其工程應用，近年來已有大量的論文發表。作者多年來一直從事控制理論及應用方面的研究和教學工作，為了促進變結構控制和自動化技術的進步，反映滑模變結構控制設計與應用中的最新研究成果，並使廣大工程技術人員能了解、掌握和應用這一領域的最新技術，學會用MATLAB語言進行滑模變結構控制器的設計，作者編寫了這本書，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，對研究成果進一步理論化、系統化、規範化、實用化後編寫而成的，其特點是：

（1） 滑模變結構控制算法取材新穎，內容先進，重點介紹學科交叉部分的前沿研究和一些有潛力的新思想、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） 每種滑模控制算法都給出了完整的MATLAB仿真程序，並給出了程序的說明和仿真結果，具有很強的可讀性。

（3） 從應用角度出發，突出理論聯繫實際，面向廣大工程技術人員，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，可為讀者提供有益的借鑒。

（4） 書中給出的各種滑模變結構控制算法非常完整，程序結構設計簡單明了，便於自學和進一步開發。

本書程序算法使用說明如下：

（1） 本書程序可到清華大學出版社網站下載。

（2） 下載程序並復制到硬盤MATLAB運行的路徑中，即可運行仿真。

（3） 所有算法均在MATLAB R2013a版本下運行成功，也兼容更高級版本。

（4） 所有控制算法按章歸類，程序名與書中對應一致。

本書是基於MATLAB R2013a由於采用的軟件仿真環境為MATLAB R2013a英文版，所以書中仿真插圖均為英文。環境編寫的，各個章節內容具有很強的獨立性，讀者可以結合自己的研究方向深入學習。

作者在滑模控制的研究中得到北京航空航天大學爾聯潔教授的熱情支持和指導。在此表示感謝。

本書的研究工作得到了國家自然科學基金項目“N連桿柔性機械臂PDE建模及自適應邊界控制理論研究”（編號： 61374048）的支持。

由於作者水平有限，書中難免存在一些不足和疏漏之處，歡迎廣大讀者批評指正。

劉金琨

2021年6月於北京航空航天大學

第1章欠驅動系統滑模控制
1.1一類欠驅動系統的滑模控制
1.1.1系統描述
1.1.2滑模控制律的設計及分析
1.1.3位置和速度跟蹤
1.1.4仿真實例
1.2基於Hurwitz穩定的欠驅動系統滑模控制
1.2.1基於Hurwitz穩定的簡單欠驅動系統滑模控制
1.2.2基於Hurwitz穩定的小車倒立擺系統滑模控制
1.3一類特殊的欠驅動系統的滑模控制
1.3.1系統描述
1.3.2控制問題描述
1.3.3滑模控制算法設計
1.3.4收斂性分析
1.3.5仿真實例
1.4TORA欠驅動系統的滑模控制
1.4.1系統描述
1.4.2模型的通用解耦算法
1.4.3模型的解耦
1.4.4滑模控制算法設計
1.4.5收斂性分析
1.4.6仿真實例
1.5移動機器人的滑模軌跡跟蹤控制
1.5.1移動機器人運動學模型
1.5.2位置控制律設計
1.5.3姿態控制律設計
1.5.4閉環系統的設計關鍵
1.5.5仿真實例
1.6基於全局穩定的移動機器人雙環軌跡跟蹤控制
1.6.1移動機器人運動學模型
1.6.2動態系統全局漸近穩定定理
1.6.3控制系統設計
1.6.4整個閉環穩定性分析
1.6.5仿真實例
參考文獻
第2章基於觀測器和解耦算法的欠驅動系統滑模控制
2.1基於高增益觀測器分離定理的倒立擺系統滑模控制
2.1.1高增益觀測器分離定理
2.1.2基於高增益觀測器的倒立擺角度鎮定
2.1.3基於高增益觀測器的欠驅動倒立擺控制
2.2基於欠驅動系統解耦算法的滑模控制
2.2.1欠驅動系統解耦算法
2.2.2倒立擺動力學系統的解耦
2.2.3滑模控制器的設計
2.2.4滑模參數C的設計
2.2.5仿真實例
參考文獻
第3章控制輸入受限或輸出受限條件下的滑模控制
3.1控制輸入受限條件下的滑模控制分析
3.1.1基本原理
3.1.2控制器設計與分析
3.1.3仿真實例
3.2基於RBF網絡補償的控制輸入受限滑模控制
3.2.1系統描述
3.2.2基於RBF網絡控制受限逼近的滑模控制
3.2.3仿真實例
3.3一種按設定誤差性能指標函數收斂的滑模控制
3.3.1問題描述
3.3.2跟蹤誤差性能函數設計
3.3.3收斂性分析
3.3.4仿真實例
3.4基於雙曲正切函數的輸入受限滑模控制
3.4.1系統描述
3.4.2雙曲正切光滑函數特點
3.4.3控制器的設計及分析
3.4.4仿真實例
3.5基於RBF網絡的輸入受限滑模控制
3.5.1系統描述
3.5.2RBF神經網絡逼近
3.5.3控制器的設計及分析
3.5.4仿真實例
參考文獻
第4章撓性系統和奇異攝動系統的滑模控制
4.1基於諧振抑制的滑模控制
4.1.1諧振抑制濾波器設計
4.1.2系統描述
4.1.3基於名義模型的滑模控制
4.1.4仿真分析
4.2基於輸入成型的撓性機械系統滑模控制
4.2.1系統描述
4.2.2滑模控制器設計
4.2.3輸入成型器基本原理
4.2.4仿真實例
4.3基於奇異攝動理論的滑模控制
4.3.1問題描述
4.3.2模型分解
4.3.3控制律設計
4.3.4仿真實例
4.4基於奇異攝動理論的滑模魯棒控制
4.4.1問題描述
4.4.2模型分解
4.4.3控制律設計
4.4.4仿真實例
參考文獻
第5章機械手滑模控制
5.1機器人動力學模型及特性
5.2基於名義模型的機械手滑模控制—

—常規方法
5.2.1系統描述
5.2.2控制律設計
5.2.3仿真實例
5.3基於名義模型的機械手滑模控制——PI方法
5.3.1問題描述
5.3.2控制器設計
5.3.3穩定性分析
5.3.4仿真實例
5.4基於名義模型的機械手滑模控制——趨近律方法
5.4.1設計原理
5.4.2基於名義模型的機械手指數趨近律的設計
5.4.3仿真實例
5.5基於低通濾波器的機械手滑模控制
5.5.1機械手動態方程
5.5.2滑模控制器的設計
5.5.3仿真實例（1）
5.5.4仿真實例（2）
5.6機械手自適應滑模控制
5.6.1系統描述
5.6.2自適應滑模控制器的設計
5.6.3仿真實例
5.7工作空間中機械手末端軌跡滑模控制
5.7.1工作空間直角坐標與關節角位置的轉換
5.7.2機械手在工作空間的建模
5.7.3滑模控制器的設計
5.7.4仿真實例
5.8工作空間中機械手末端的阻抗滑模控制
5.8.1問題的提出
5.8.2阻抗模型的建立
5.8.3滑模控制器的設計
5.8.4仿真實例
5.9受約束條件下雙關節機械手力/角度的滑模控制
5.9.1問題的提出
5.9.2模型的降階
5.9.3控制律的設計
5.9.4穩定性分析
5.9.5仿真實例
附錄
參考文獻
第6章基於函數逼近的機械手滑模控制
6.1基於模型逼近的機械手RBF網絡自適應滑模控制
6.1.1問題的提出
6.1.2基於RBF神經網絡逼近的滑模控制
6.1.3穩定性及收斂性分析
6.1.4仿真實例
6.2基於RBF網絡最小參數學習法的機械手自適應控制
6.2.1問題的提出
6.2.2基於神經網絡逼近的滑模控制

6.2.3基於單參數的自適應滑模控制
6.2.4仿真實例
6.3基於模糊補償的機械手自適應模糊滑模控制
6.3.1系統描述
6.3.2函數的模糊逼近
6.3.3基於模糊補償的滑模控制
6.3.4只對摩擦進行模糊補償的滑模控制
6.3.5仿真實例
參考文獻
第7章基於干擾觀測器的機械手滑模控制
7.1基於指數收斂非線性干擾觀測器的滑模控制
7.1.1系統描述
7.1.2非線性干擾觀測器的設計
7.1.3雙關節機械手干擾觀測器的設計
7.1.4滑模控制律設計
7.1.5仿真實例
7.2基於改進的指數收斂非線性干擾觀測器的滑模控制
7.2.1非線性干擾觀測器的問題描述
7.2.2改進的非線性干擾觀測器的設計
7.2.3LMI不等式的求解
7.2.4仿真實例
參考文獻
第8章柔性機械手滑模控制
8.1柔性機械手魯棒觀測器設計及分析
8.1.1問題描述
8.1.2觀測器設計
8.1.3觀測器分析
8.1.4仿真結果
8.2基於魯棒觀測器的柔性關節機械手滑模控制
8.2.1魯棒觀測器的設計
8.2.2滑模控制器設計與分析
8.2.3仿真實例
參考文獻
第9章飛行器滑模控制
9.1直升機滑模控制
9.1.1直升機數學模型
9.1.2直升機模型的耦合分析
9.1.3直升機模型的線性化
9.1.4直升機的滑模控制
9.1.5仿真實例
9.2基於Huriwtz穩定的VTOL飛行器滑模控制
9.2.1VTOL系統描述
9.2.2模型轉換
9.2.3控制律的設計
9.2.4參數向量M的設計
9.2.5仿真實例
9.3一種簡單的雙閉環滑模控制設計與分析
9.3.1系統描述
9.3.2雙環滑模控制律的設計
9.3.3仿真實例
9.4航天器姿態雙閉環滑模控制
9.4.1航天器姿態控制模型
9.4.2傳統滑模控制律的設計
9.4.3雙環滑模控制律的設計
9.4.4仿真實例
9.5基於雙環設計的VTOL飛行器軌跡跟蹤滑模控制
9.5.1VTOL模型描述
9.5.2針對第一個子系統的控制
9.5.3針對第二個子系統的滑模控制
9.5.4仿真實例
9.6四旋翼飛行器的滑模控制
9.6.1四旋翼飛行器動力學模型
9.6.2全驅動子系統控制律的設計
9.6.3欠驅動子系統控制律的設計
9.6.4仿真實例
9.7基於內外環的四旋翼飛行器的滑模魯棒控制
9.7.1四旋翼飛行器動力學模型
9.7.2位置控制律設計
9.7.3虛擬姿態角度的求解
9.7.4姿態控制律設計
9.7.5閉環系統的設計關鍵
9.7.6仿真實例
9.8四旋翼飛行器軌跡跟蹤自適應滑模控制
9.8.1四旋翼無人機動態模型
9.8.2位置跟蹤控制器設計
9.8.3姿態控制器設計
9.8.4仿真實例
9.9基於解耦算法的VTOL飛行器雙環軌跡跟蹤滑模控制
9.9.1VTOL模型描述
9.9.2欠驅動系統解耦算法
9.9.3模型的解耦
9.9.4控制算法的設計
9.9.5軌跡跟蹤分析
9.9.6仿真實例
9.10基於全局穩定的VTOL飛行器雙環軌跡跟蹤滑模控制
9.10.1VTOL模型描述
9.10.2動態系統全局漸近穩定定理
9.10.3控制算法的設計
9.10.4軌跡跟蹤分析
9.10.5仿真實例
參考文獻
第10章基於最優軌跡規劃的滑模控制
10.1差分進化算法
10.1.1差分進化算法的提出
10.1.2標準差分進化算法
10.1.3差分進化算法的基本流程
10.1.4差分進化算法的參數設置
10.1.5基於差分進化算法的函數優化
10.2基於最優軌跡規劃器的滑模控制
10.2.1問題的提出
10.2.2樣條插值實例
10.2.3軌跡規劃算法介紹
10.2.4最優軌跡的設計
10.2.5最優軌跡的優化
10.2.6仿真實例
參考文獻
第11章基於傳感器和執行器容錯的滑模控制
11.1基本設計方法
11.1.1系統描述
11.1.2控制器設計與分析
11.1.3仿真實例
11.2基於傳感器和執行器容錯的神經網絡滑模控制
11.2.1系統描述
11.2.2控制器設計與分析
11.2.3神經網絡逼近
11.2.4仿真實例
11.3基於傳感器和執行器容錯的欠驅動系統滑模控制
11.3.1系統描述
11.3.2滑模控制律的設計
11.3.3神經網絡逼近
11.3.4閉環系統的分析
11.3.5Hurwitz穩定性分析
11.3.6仿真實例
附錄
參考文獻
第12章基於事件驅動的滑模控制
12.1基本設計方法
12.1.1基本原理
12.1.2控制器設計
12.1.3仿真實例
12.2基於時變閾值的事件驅動滑模控制
12.2.1基本原理
12.2.2控制器設計
12.2.3仿真實例
12.3基於事件驅動的執行器量化滑模控制
12.3.1系統描述
12.3.2量化控制器設計
12.3.3事件驅動策略
12.3.4仿真實例
參考文獻
第13章主輔電機的協調跟蹤滑模控制
13.1基本設計方法
13.1.1系統描述
13.1.2控制律設計與分析
13.1.3仿真實例
13.2基於神經網絡的主輔電機協調跟蹤滑模控制
13.2.1系統描述
13.2.2RBF網絡的設計
13.2.3控制律設計與分析
13.2.4仿真實例
第14章具有控制輸入延遲的滑模控制
14.1系統描述
14.2控制器設計與分析
14.3仿真實例
附錄
參考文獻