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第一章 绪论1

第一节 研究背景及其意义1

第二节 控制理论的产生与发展3

一、第一阶段控制理论称为经典控制理论3

二、第二阶段控制理论称为现代控制理论4

三、第三阶段控制理论为智能控制理论或复杂控制系统理论5

第三节 控制系统的基本概念5

一、系统的定义5

二、控制系统的分类6

三、控制系统的质量指标8

四、控制系统的设计步骤10

第四节 经典控制理论与现代控制理论11

第五节 减振控制的方法13

一、前馈／反馈控制13

二、内模控制15

三、自适应控制15

四、预测控制15

五、重复控制16

六、迭代学习控制16

第六节 时滞系统控制问题的研究17

一、时滞系统控制的方法17

二、时滞系统最优减振控制的研究20

第七节 非线性系统控制问题的研究21

一、非线性系统控制的方法21

二、非线性最优控制的研究22

三、非线性时滞系统最优减振控制研究现状23

第八节 汽车悬挂系统减振控制的研究23

一、汽车悬挂减振控制23

二、电子控制悬挂系统控制24

三、非线性悬挂系统减振控制24

第九节 本书研究的问题及结构安排25

第二章 状态空间法29

第一节 概述29

一、状态空间法的提出29

二、相关术语30

第二节 系统的状态空间表达式31

一、状态方程和输出方程的概念31

二、状态空间表达式的建立33

第三节 状态方程的解37

一、连续型线性定常系统齐次方程的解37

二、矩阵指数函数的计算39

三、连续型线性定常系统非齐次方程的解41

四、连续型系统的离散化42

五、线性时变系统状态方程的解43

第三章 线性系统的可控性与可观测性48

第一节 概述48

第二节 可控性49

一、可控性的定义49

二、线性定常系统可控性判别的第一种方法49

三、线性定常系统可控性判别的第二种方法51

四、线性定常系统的输出可控性52

第三节 可观测性53

一、可观测性的定义53

二、线性定常系统可观测性的判别方法54

第四节 极点配置56

一、可控系统的特征方程56

二、状态反馈57

第五节 状态观测器57

一、实现闭环控制需要状态观测器57

二、状态观测器的设计58

三、带状态观测器的闭环控制系统60

四、降维观测器63

第四章 李雅普诺夫稳定性分析65

第一节 李雅普诺夫稳定性的定义65

一、状态向量的平衡状态及球域65

二、李雅普诺夫稳定性的定义66

三、关于李雅普诺夫稳定性定义的讨论67

第二节 李雅普诺夫直接法67

一、李雅普诺夫直接法的定义67

二、李雅普诺夫直接法的分析68

第三节 线性定常系统的稳定性分析70

一、线性定常系统渐近稳定的充要条件70

二、线性定常系统的李雅普诺夫定理71

三、离散型系统的李雅普诺夫稳定性分析72

第四节 动态系统瞬时响应的快速性73

一、表示动态系统瞬时响应快速性的指标——η73

二、线性定常系统η的计算74

第五节 非线性系统的稳定性分析75

第五章 最优控制77

第一节 概述77

第二节 最优控制问题的提法和数学模型78

一、最优控制问题的提法78

二、性能指标79

三、约束条件80

四、最优控制问题的一般提法81

五、最优控制问题的求解方法81

第三节 变分法81

一、一次变分与欧拉方程82

二、含有多个未知函数的变分问题84

三、条件极值的变分问题85

第四节 庞特里亚金极大值原理87

第五节 具有二次型性能指标的线性系统的最优控制90

一、二次型性能指标及其含义91

二、线性调节器问题的解92

三、含有交叉项的二次型最优控制96

四、离散系统二次型最优控制97

第六章 车辆悬挂的控制技术98

第一节 悬挂系统概述98

一、悬挂的作用98

二、被动悬挂、主动悬挂、半主动悬挂及其特点98

三、悬挂系统性能的评价指标100

第二节 悬挂的固有特性101

一、悬挂的不变性方程101

二、悬挂特性的不变性103

三、悬挂性能指标间的制约关系103

第三节 车辆悬挂的最优控制104

一、悬挂模型的状态空间表达式104

二、主动悬挂系统的可控性与可观测性107

三、主动悬挂的最优控制108

第七章 控制时滞系统基于观测器的最优减振控制111

第一节 问题描述111

一、系统描述和系统转换111

二、二次型性能指标分析112

第二节 最优减振控制律的设计113

一、有限时域最优减振控制律的设计113

二、无限时域最优减振控制律的设计115

第三节 基于观测器的最优减振控制律的设计116

一、降维扰动观测器的设计116

二、有限时域基于观测器的最优减振控制律的设计117

三、无限时域基于观测器的最优减振控制律的设计118

第四节 仿真示例118

第五节 结论122

第八章 时滞系统基于内模的最优减振控制123

第一节 时滞系统的最优调节问题123

第二节 最优调节器的设计125

第三节 动态调节器的设计128

第四节 仿真示例130

第五节 结论133

第九章 非线性控制时滞系统基于高增益观测器的扰动衰减控制134

第一节 系统描述134

第二节 高增益观测器的设计136

第三节 基于高增益观测器的最优扰动衰减控制137

第四节 仿真示例138

第五节 结论141

第十章 海洋平台减振控制的仿真研究142

第一节 海洋平台简化模型的仿真研究142

第二节 AMD一海洋平台主动控制系统的仿真研究144

第十一章 具有控制时滞系统的最优减振控制147

第一节 问题描述147

一、系统描述及转换147

二、有限时域和无限时域二次型性能指标分析149

第二节 最优减振控制律的设计150

一、有限时域最优减振控制律的设计150

二、无限时域最优减振控制律的设计151

第三节 最优减振控制律的物理实现152

第四节 1/4汽车悬挂应用研究156

一、最优减振问题的形成156

二、具有驱动时滞1/4汽车悬挂减振控制律的设计161

三、仿真实验162

四、本节结论166

第五节 结论166

第十二章 具有控制时滞和测量时滞系统的最优减振控制168

第一节 问题描述168

一、系统描述及转换168

二、二次型性能指标分析170

第二节 最优减振控制律的设计170

第三节 最优减振控制律的物理实现171

第四节 整车悬挂应用研究172

一、最优减振问题的形成172

二、具有驱动时滞和传感器时滞整车悬挂减振控制律的设计179

三、仿真实验180

四、本节结论184

第五节 结论184

第十三章 具有控制时滞和测量时滞采样系统的最优减振控制186

第一节 问题描述186

第二节 最优减振控制律的设计190

第三节 最优减振控制律的物理实现192

第四节 半车悬挂应用研究194

一、最优减振问题的形成194

二、具有驱动时滞和传感器时滞半车悬挂采样系统减振控制律的设计198

三、仿真实验200

四、本节结论204

第五节 结论204

第十四章 非线性时滞系统的最优减振控制205

第一节 系统描述205

第二节 最优减振控制律的设计206

第三节 时滞非线性1/4悬挂应用研究213

一、系统描述213

二、时滞非线性1/4汽车悬挂系统减振控制律的设计216

三、仿真实验218

四、本节结论222

第四节 结论223

符号索引224

参考文献225