编辑推荐
本书是非线性控制的入门教程,内容既严谨,又能让广大读者容易接受。主要内容包括:非线性模型、非线性现象、二维系统、平衡点的稳定性、时变系统和扰动系统、无源性、输入-输出稳定性、反馈系统的稳定性、特殊形式的非线性系统、状态反馈镇定、状态反馈鲁棒镇定、非线性观测器、输出反馈镇定、跟踪和调节。本书可以帮助读者理解和掌握稳定性的各种定义和对应的Lyapunov判据,以及三种系统设计方法与各自的设计特点和适用范围。尤其最后给出的单摆、质量-弹簧系统、隧道二极管电路、负阻振荡器、生化反应器、磁悬浮系统、机械臂等实操案例,可以让读者既加强原理内容的掌握,又明晰它们在具体实践中的应用。书中计算是用MATLAB和Simulink完成的,便于上机学习。
哈森 K. 哈里尔(Hassan K. Khalil)?是美国密歇根州立大学电气与计算机工程学院的杰出教授,他是通用汽车公司的顾问,曾发表多篇关于非线性控制的论文。他曾获得2002年IFAC控制工程教材奖、2004年AACC最佳论文奖、2009年最佳导师奖,还是IEEE《Transactions on Automatic Control》、《Automatica and Neural Networks》的副主编、《Automatica for Nonlinear Systems and Control》的编辑,著有《Nonlinear Systems, Third Edtion》一书。
内容简介
美国密歇根州立大学电气与计算机工程专业的本科生教材,可作为非线性控制课程的第一学期的教材,重点阐述非线性系统的分析和控制应用。该书内容简洁,阐述清楚,主要内容包括:非线性模型、两维系统、平衡点的稳定性、时变扰动系统、输入与输出的稳定性、稳定的反馈系统、特殊的非线性形式、状态反馈稳定性、鲁棒状态反馈稳定性等。全书共250多道习题,寓教于学,使用MATLAB和Simulink进行计算机仿真模拟,便于学生练习和掌握书的内容。
目录
出版者的话
译者言
前言
第1章 引论1
1.1 非线性模型1
1.2 非线性现象6
1.3 全书概况7
1.4 练习8
第2章 二维系统12
2.1 线性系统的定性性质13
2.2 平衡点附近的定性性质16
2.3 多重平衡点18
2.4 极限环20
2.5 绘制相图的数字化方法23
2.6 练习24
第3章 平衡点的稳定性27
3.1 基本概念27
3.2 线性化31
3.3 Lyapunov方法33
3.4 不变性原理39
3.5 指数稳定性42
3.6 吸引域44
3.7 Lyapunov逆定理48
3.8 练习49
第4章 时变系统和扰动系统53
4.1 时变系统53
4.2 扰动系统56
4.3 有界性与终极有界性60
4.4 输入状态稳定性66
4.5 练习70
第5章 无源性74
5.1 无记忆函数74
5.2 状态模型77
5.3 正实传递函数80
5.4 与稳定性的联系83
5.5 练习85
第6章 输入输出稳定性88
6.1 稳定性88
6.2 状态模型的稳定性92
6.3 2增益96
6.4 练习100
第7章 反馈系统的稳定性103
7.1 无源性定理103
7.2 小增益定理110
7.3 绝对稳定性113
7.4 练习122
第8章 特殊形式的非线性系统125
8.1 标准型125
8.2 控制器型131
8.3 观测器型137
8.4 练习142
第9章 状态反馈镇定145
9.1 基本概念145
9.2 线性化146
9.3 反馈线性化147
9.4 局部反馈线性化152
9.5 反步法155
9.6 基于无源性的控制160
9.7 控制Lyapunov函数164
9.8 练习167
第10章 状态反馈鲁棒镇定170
10.1 滑模控制170
10.2 Lyapunov再设计方法184
10.3 高增益反馈189
10.4 练习191
第11章 非线性观测器194
11.1 局部观测器195
11.2 扩展Kalman滤波器196
11.3 全局观测器199
11.4 高增益观测器200
11.5 练习204
第12章 输出反馈镇定207
12.1 输出反馈线性化207
12.2 基于无源性的控制208
12.3 基于观测器的控制210
12.4 高增益观测器和分离原理212
12.5 最小相位系统的鲁棒稳定性218
12.6 练习224
第13章 跟踪与调节226
13.1 跟踪控制228
13.2 鲁棒跟踪控制229
13.3 设定点间的转移231
13.4 通过积分控制的鲁棒调节234
13.5 输出反馈237
13.6 练习239
附录A 示例242
附录B 数学知识概述257
附录C 组合Lyapunov函数262
附录D 证明267
参考文献272
符号表281
索引283
前言
这本书可以看成是从我早期编写的《Nonlinear Systems》演化而来的,它不是那本书的第4版,也不能取代它。本书的宗旨和结构与《Nonlinear Systems》完全不同。《Nonlinear Systems》的定位是讲述非线性系统分析及其在控制中的应用的参考书或者教材,但是本书旨在作为非线性控制的入门教材,它用于一个学期大约40课时的教学。众所周知,严谨是非线性系统理论的特点,写作本书的定位是既不失严谨性,又能让最广大的受众可以接受,因此只有当证明过程对于结论的理解是必要的时候,我们才给出,其余的都给出了参考文献,需要的读者可以按需索骥。对于有些证明,部分读者寻找起来可能有困难,因此我们将它们罗列在本书的附录中。本书的篇幅大约只有《Nonlinear Systems》的一半,割舍了不少内容。那些被割舍的部分并非不重要,只是我觉得不适合入门学习而已。习惯使用《Nonlinear Systems》的教师可能不同意这样的裁减,所以他们依然可以将删减的内容融合进这本教材中,一起讲授。
教师们可以从出版商那里得到本书的电子版练习解答,还可获得部分题目的Simulink模型。本书的配套网站(http://www.pearsonhighered.com/khalil)还提供本书的勘误链接,用户可以通过此网站提交发现的内容错误,还可以从该网站获得本书的PDF课件,以及部分例子的Simulink模型。
书中的计算是通过MATLAB和Simulink完成的,插图是由MATLAB或LATEX的图形工具生成的。英文书封面背景描绘的是公元前3世纪埃及克特西比乌斯的水钟,这是有记录以来第一个反馈控制装置。
在本书的写作过程中,我得到了很多同事、学生以及《Nonlinear Systems》的读者、本书审稿人的帮助。感谢密西根州立大学为我的写作提供了一个良好的写作环境,也感谢美国自然科学基金会为我在非线性反馈控制研究中提供的资助。
Hassan Khalil