出版者的话
译者序
前言
关于作者
关于译者
第 1 章 绪论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 背景介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 自适应飞行控制系统的验证和确认 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.1 自适应飞行控制系统的仿真验证 . . . . 5
1.2.2 自适应控制系统的评价指标 . . . . . . . . 6
1.3 小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
第 2 章 非线性系统 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1 平衡点和线性化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 局部稳定性和相平面分析 . . . . . . . . . 20
2.3 其他非线性现象 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4 小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.5 习题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
第 3 章 数学基础 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.1 向量范数和矩阵范数 . . . . . . . . . . . . . . 27
3.1.1 向量范数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.1.2 矩阵范数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2 紧集 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3 存在性和唯一性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.3.1 Cauchy 定理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.3.2 全局 Lipschitz 条件 . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3.3 局部 Lipschitz 条件 . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.4 正定、对称和反对称矩阵 . . . . . . . . . . 34
3.4.1 正定矩阵和函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.4.2 反对称矩阵 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.5 小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.6 习题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
第 4 章 李雅普诺夫稳定性理论 . . . . . . . . . . 39
4.1 稳定的概念. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.1.1 稳定性定义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.1.2 渐近稳定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.1.3 指数稳定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2 李雅普诺夫直接法 . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2.1 缘起 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2.2 局部稳定的李雅普诺夫定理 . . . . . . . 46
4.2.3 指数稳定的李雅普诺夫定理 . . . . . . . 48
4.2.4 径向无界函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2.5 全局渐近稳定的 Barbashin-Krasovskii定理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2.6 LaSalle 不变集定理 . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2.7 微分李雅普诺夫方程 . . . . . . . . . . . . . 53
4.3 非自治系统的稳定性 . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3.1 一致稳定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3.2 一致有界 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.3 Barbalat 引理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.4 小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.5 习题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
第 5 章 模型参考自适应控制 . . . . . . . . . . . . 65
5.1 模型参考自适应控制系统的组成 . . 67
5.1.1 不确定被控对象 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.1.2 参考模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.1.3 控制器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.1.4 自适应律 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.2 一阶单输入单输出系统的直接
模型参考自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . 69
5.2.1 案例 I:a 和 b 未知,但 b 的符号已知 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.2.2 案例 II:a 和 b 均已知 . . . . . . . . . . . . .72
5.3 一阶单输入单输出系统的间接模型参考自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . 74
5.4 二阶单输入单输出系统的直接模型参考自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . 76
5.4.1 案例 I:A 和 B 未知,但 b 的符号已知 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.4.2 案例 II:A 和 B 均已知 . . . . . . . . . . . . 81
5.5 二阶单输入单输出系统的间接模型参考自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . 82
5.6 多输入多输出系统的直接模型参考自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5.6.1 案例 I:A 和 未知,但 B 和 的符号已知 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85
5.6.2 案例 II:A 和 B 都已知,且 = I . . . 90
5.7 多输入多输出系统的间接模型参考自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.8 小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.9 习题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
第 6 章 最小二乘参数辨识. . . . . . . . . . . . . . .97
6.1 最小二乘回归 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6.2 凸优化和最小二乘梯度法 . . . . . . . . . 99
6.3 持续激励和参数收敛 . . . . . . . . . . . . . 101
6.4 递归最小二乘 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.5 基于最小二乘参数辨识的间接自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
6.6 信号微分的估计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.7 小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
6.8 习题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
第 7 章 函数近似和非结构不确定性系统的自适应控制 . . . . . . . . . . . . . 117
7.1 基于最小二乘的多项式近似 . . . . . . 117
7.2 神经网络近似 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
7.3 非结构不确定性自适应控制 . . . . . . 123
7.3.1 需要矩阵逆的递归最小二乘直接自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . . . 124
7.3.2 不需要矩阵逆的修正递归最小二乘直接自适应控制 . . . . . . . . 127
7.3.3 最小二乘梯度直接自适应控制 . . . . 130
7.3.4 神经网络近似的最小二乘梯度直接自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . . . 135
7.3.5 神经网络近似的模型参考自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
7.4 小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
7.5 习题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
第 8 章 自适应控制的鲁棒性问题 . . . . . . 145
8.1 参数漂移 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
8.2 非最小相位系统 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
8.3 时滞系统 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
8.4 未建模动态. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153
8.5 快速自适应. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158
8.6 小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
8.7 习题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
第 9 章 鲁棒自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . . . 165
9.1 死区法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
9.2 投影法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
9.3 修正. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173
9.4 e 修正 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
9.5 最优控制修正 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
9.5.1 最优控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
9.5.2 最优控制修正法的推导 . . . . . . . . . . 189
9.5.3 李雅普诺夫稳定性分析 . . . . . . . . . . 194
9.5.4 线性渐近特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199
9.6 自适应回路重构修正 . . . . . . . . . . . . . 205
9.7 L1 自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
9.8 归一化法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
9.9 自适应速率的协方差调节 . . . . . . . . 220
9.10 具有控制输入不确定性系统的最优控制修正 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
9.11 具有控制输入不确定性系统的双目标最优控制修正. . . . . . . . . . . .228
9.12 具有一阶慢执行机构动力学的奇异摄动系统自适应控制 . . . . . . . 240
9.13 具有未建模动态的线性不确定系统最优控制修正 . . . . . . . . . . . . . . 246
9.14 相对阶为 1 的非最小相位系统自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
9.14.1 最小相位系统. . . . . . . . . . . . . . . . . .254
9.14.2 非最小相位系统 . . . . . . . . . . . . . . . 255
9.15 小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .266
9.16 习题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .267
参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
第 10 章 航空航天应用案例 . . . . . . . . . . . . 273
10.1 一级倒立摆 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
10.2 机器人应用中的双摆 . . . . . . . . . . . . 277
10.3 飞机纵向动力学的自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
10.4 递归最小二乘和神经网络俯仰姿态自适应飞行控制. . . . . . . . . . . .288
10.5 柔性飞机自适应控制 . . . . . . . . . . . . 295
10.6 自适应 LQG 颤振抑制控制 . . . . . . 305
10.7 自适应飞行控制. . . . . . . . . . . . . . . . .321
10.8 混合自适应飞行控制 . . . . . . . . . . . . 327
10.9 具有最优控制修正的 F-18
飞机自适应控制 . . . . . . . . . . . . . . . . 330
10.10 小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
10.11 习题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
考试样题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
索引 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351