本书系统地介绍了机械手为主的先进控制器的设计和分析方法，是作者多年从事机器人控制系统教学和科研工作的结晶，同时融入了国内外同行近年来所取得的*新成果。
　　本书是在原有《机器人控制系统的设计与MATLAB仿真》基础上撰写而成的。全书分为上下两册，作为下册，本册以电机、机械手、倒立摆、移动机器人和四旋翼飞行器为对象，共分13章，包括控制系统输出受限控制、控制输入受限控制、基于轨迹规划的机械手控制、机械手模糊自适应反演控制、机械手迭代学习控制、柔性机械手反演及动态面控制、柔性机械臂分布式参数边界控制、移动机器人的轨迹跟踪控制、移动机器人双环轨迹跟踪控制、四旋翼飞行器轨迹控制、基于LMI的控制系统设计、基于线性矩阵不等式的倒立摆TS模糊控制和执行器容错控制。每种控制方法都给出了算法推导、实例分析和相应的MATLAB仿真设计程序。
　　本书各部分内容既相互联系又相互独立，读者可根据自己需要选择学习。本书适用于从事生产过程自动化、计算机应用、机械电子和电气自动化领域工作的工程技术人员阅读，也可作为高等院校工业自动化、自动控制、机械电子、自动化仪表、计算机应用等专业的教学参考书。

第5章机械手自适应迭代学习控制
迭代学习控制是通过迭代修正改善某种控制目标，它的算法较为简单，且能在给定的时间范围内实现未知对象实际运行轨迹以高精度跟踪给定期望轨迹，且不依赖系统的精确数学模型。因而一经推出，就在机器人控制领域得到了广泛的运用。
迭代学习控制(ILC,iterative learning control)是智能控制中具有严格数学描述的一个分支。1984年，Arimoto［1］等人提出了迭代学习控制的概念，该控制方法适合于具有重复运动性质的被控对象，它不依赖于系统的精确数学模型，能以非常简单的方式处理不确定度相当高的非线性强耦合动态系统。目前,迭代学习控制在学习算法、收敛性、鲁棒性、学习速度及工程应用研究上取得了巨大的进展［2,3］。
5.1控制器增益自适应整定的机械手迭代学习控制
本节通过对文献［4］的控制方法进行详细推导及仿真分析，研究一类机械手力臂自适应迭代学习控制的设计方法。并针对该控制算法存在的问题，提出了相应的改进算法。
5.1.1问题的提出
考虑n关节机械手，其动态方程如下：
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为迭代次数，t∈［0,tf］，q·j(t)∈Rn和
q¨j(t)∈Rn分别为关节角度，角速度和角加速度，D(qj(t))∈Rn×n为惯性项，C(qj(t),q·j(t))q·j(t)∈Rn表示离心力和哥氏力，G(qj(t),q·j(t))∈Rn为重力加摩擦力项，Ta(t)∈Rn为可重复的未知干扰，Tj(t)∈Rn为控制输入。
……

第1章控制系统输出受限控制
1.1输出受限引理
1.2位置输出受限控制
1.2.1系统描述
1.2.2控制器设计
1.2.3仿真实例
1.3位置及速度输出受限控制
1.3.1多状态输出受限引理
1.3.2系统描述
1.3.3控制器设计与分析
1.3.4仿真实例
1.4按设定误差性能指标收敛控制
1.4.1问题描述
1.4.2跟踪误差性能函数设计
1.4.3收敛性分析
1.4.4仿真实例
参考文献
第2章控制系统输入受限控制
2.1基于双曲正切的控制输入受限控制
2.1.1定理及分析
2.1.2基于双曲正切的控制输入受限控制
2.1.3仿真实例
2.2负载未知下的控制输入受限控制
2.2.1问题的提出
2.2.2自适应控制律设计
2.2.3闭环系统稳定性分析
2.2.4仿真实例
2.3带扰动的控制输入受限控制
2.3.1系统描述
2.3.2指数收敛干扰观测器设计
2.3.3控制器的设计及分析
2.3.4仿真实例
2.4基于反演的非线性系统控制输入受限控制
2.4.1系统描述
2.4.2双曲正切光滑函数特点
2.4.3控制输入受限方法
2.4.4基于反演的控制算法设计
2.4.5仿真实例
2.5基于输出受限和输入受限的控制
2.5.1系统描述
2.5.2控制器设计
2.5.3基于反演的控制算法设计
2.5.4仿真实例
2.6基于反演的控制输入及变化率受限控制
2.6.1系统描述
2.6.2控制输入受限方法
2.6.3基于反演的控制算法设计
2.6.4仿真实例
2.7基于反演的控制输入及变化率受限轨迹跟踪控制
2.7.1系统描述
2.7.2控制输入受限方法
2.7.3基于反演的控制算法设计
2.7.4仿真实例
2.8基于反演的控制输入及变化率受限鲁棒控制
2.8.1系统描述
2.8.2控制输入受限方法
2.8.3基于反演的控制算法设计
2.9基于Nussbaum函数的控制输入受限控制
2.9.1系统描述
2.9.2输入受限控制方法
2.9.3基于反演的输入受限控制算法设计
2.9.4仿真实例
附录
参考文献
第3章基于轨迹规划的机械手控制
3.1差分进化算法
3.1.1差分进化算法的提出
3.1.2标准差分进化算法
3.1.3差分进化算法的基本流程
3.1.4差分进化算法的参数设置
3.1.5基于差分进化算法的函数优化
3.2轨迹规划算法的设计
3.2.1一个简单的样条插值实例
3.2.2轨迹规划算法介绍
3.2.3最优轨迹的设计
3.3单关节机械手最优轨迹控制
3.3.1问题的提出
3.3.2最优轨迹的优化
3.3.3仿真实例
3.4双关节机械手最优轨迹控制
3.4.1系统描述
3.4.2规划器设计
3.4.3仿真实例
参考文献
第4章机械手模糊自适应反演控制
4.1基于反演方法的单关节机器人自适应模糊控制
4.1.1系统描述
4.1.2Backstepping控制器设计
4.1.3基于Backstepping的自适应模糊控制
4.1.4仿真实例
4.2双关节机械臂的自适应模糊反演控制
4.2.1系统描述
4.2.2传统Backstepping控制器设计及稳定性分析
4.2.3仿真实例
参考文献
第5章机械手自适应迭代学习控制
5.1控制器增益自适应整定的机械手迭代学习控制
5.1.1问题的提出
5.1.2控制器设计
5.1.3收敛性分析
5.1.4仿真实例
5.2基于增益自适应整定的机械手迭代学习控制的改进
5.2.1算法的改进
5.2.2仿真实例
5.3基于切换增益的单关节机械手迭代学习控制
5.3.1问题描述
5.3.2自适应迭代学习控制器设计
5.3.3收敛性分析
5.3.4仿真实例
5.4基于切换增益的多关节机械手迭代学习控制
5.4.1问题的提出
5.4.2三个定理及收敛性分析
5.4.3仿真实例
附录
参考文献
第6章柔性机械手反演及动态面控制
6.1柔性机械手的反演控制
6.1.1系统描述
6.1.2反演控制器设计
6.1.3仿真实例
6.2柔性机械手动态面控制
6.2.1系统描述
6.2.2控制律设计
6.2.3稳定性分析
6.2.4仿真实例
6.3柔性关节机械手K观测器设计及分析
6.3.1K观测器设计原理
6.3.2柔性关节机械手模型描述与变换
6.3.3柔性关节机械手K观测器设计与分析
6.3.4按A0为Hurwitz进行K的设计
6.3.5仿真实例
6.4基于K观测器的柔性关节机械手动态面控制
6.4.1控制算法设计
6.4.2稳定性分析
6.4.3仿真实例
6.5柔性机械手神经网络反演控制
6.5.1系统描述
6.5.2反演控制器设计
6.5.3仿真实例
参考文献
第7章柔性机械臂分布式参数边界控制
7.1柔性机械臂的偏微分方程动力学建模
7.1.1柔性机械臂的控制问题
7.1.2柔性机械臂的偏微分方程建模
7.2柔性机械臂分布式参数边界控制——指数收敛方法
7.2.1引理
7.2.2边界控制律的设计
7.2.3仿真实例
7.3柔性机械臂分布式参数边界控制LaSalle分析方法
7.3.1模型描述
7.3.2模型的空间转换
7.3.3闭环系统耗散性分析
7.3.4半群和紧凑性分析
7.3.5收敛性分析
7.3.6仿真实例
附录
参考文献
第8章移动机器人的轨迹跟踪控制
8.1移动机器人运动学反演控制
8.1.1运动学模型的建立
8.1.2反演控制器设计
8.1.3仿真实例
8.2移动机器人动力学反演控制
8.2.1动力学模型的建立
8.2.2反演控制器设计
8.2.3仿真实例
8.3移动机器人轨迹跟踪迭代学习控制
8.3.1数学基础
8.3.2系统描述
8.3.3控制律设计及收敛性分析
8.3.4仿真实例
参考文献
第9章移动机器人双环轨迹跟踪控制
9.1移动机器人的滑模轨迹跟踪控制
9.1.1移动机器人运动学模型
9.1.2位置控制律设计（外环）
9.1.3姿态控制律设计（内环）
9.1.4闭环系统的设计关键
9.1.5仿真实例
9.2基于全局稳定的移动机器人双环轨迹跟踪控制
9.2.1移动机器人运动学模型
9.2.2动态系统全局渐近稳定定理
9.2.3控制系统设计
9.2.4整个闭环稳定性分析
9.2.5仿真实例
9.3移动机器人双环编队控制
9.3.1移动机器人运动学模型
9.3.2控制系统设计
9.3.3整个闭环稳定性分析
9.3.4仿真实例
参考文献
第10章四旋翼飞行器轨迹控制
10.1基于内外环的四旋翼飞行器的PD控制
10.1.1四旋翼飞行器动力学模型
10.1.2位置控制律设计
10.1.3虚拟姿态角度求解
10.1.4姿态控制律设计
10.1.5闭环系统的设计关键
10.1.6仿真实例
10.2基于双闭环的四旋翼飞行器速度控制
10.2.1四旋翼飞行器动力学模型
10.2.2四旋翼飞行器速度控制
10.2.3虚拟姿态角度求解
10.2.4姿态控制律设计
10.2.5闭环系统的设计关键
10.2.6仿真实例
10.3基于双闭环的四旋翼飞行器编队控制
10.3.1四旋翼飞行器动力学模型
10.3.2四旋翼飞行器编队控制
10.3.3虚拟姿态角度求解
10.3.4姿态控制律设计
10.3.5闭环系统的设计关键
10.3.6仿真实例
参考文献
第11章基于LMI的控制系统设计
11.1控制系统LMI控制算法设计
11.1.1系统描述
11.1.2控制器设计与分析
11.1.3仿真实例
11.2位置跟踪控制系统LMI算法设计
11.2.1系统描述
11.2.2控制器设计
11.2.3控制器设计与分析
11.2.4仿真实例
11.3带扰动的控制系统LMI控制算法设计
11.3.1系统描述
11.3.2基于H∞指标控制器设计与分析
11.3.3LMI设计
11.3.4仿真实例
11.4带扰动的控制系统LMI跟踪控制算法设计
11.4.1系统描述
11.4.2仿真实例
11.5控制输入受限下的LMI控制算法设计
11.5.1系统描述
11.5.2控制器的设计与分析
11.5.3LMI设计
11.5.4仿真实例
11.6控制输入受限下位置跟踪LMI控制算法
11.6.1系统描述
11.6.2控制器设计
11.6.3控制器设计与分析
11.6.4仿真实例
11.7控制输入受限下的LMI倒立摆系统镇定
11.7.1系统描述
11.7.2控制器设计与分析
11.7.3仿真实例
11.8基于LMI的控制输入及其变化率受限控制算法
11.8.1系统描述
11.8.2控制器的设计与分析
11.8.3仿真实例
附录
参考文献
第12章基于LMI的倒立摆TS模糊控制
12.1单级倒立摆的TS模糊建模
12.1.1TS型模糊系统
12.1.2倒立摆系统的控制问题
12.1.3基于2条模糊规则的设计
12.1.4基于4条模糊规则的设计
12.2基于极点配置的单级倒立摆TS模糊控制
12.2.1基于2条模糊规则的控制器设计
12.2.2基于4条模糊规则的控制器设计
12.3基于LMI的单级倒立摆TS模糊控制
12.3.1LMI不等式的设计及分析
12.3.2不等式的转换
12.3.3LMI的设计实例
12.3.4基于LMI的单级倒立摆TS模糊控制
参考文献
第13章执行器自适应容错控制
13.1SISO系统执行器自适应容错控制
13.1.1控制问题描述
13.1.2控制律的设计与分析
13.1.3仿真实例
13.2MISO系统执行器自适应容错控制
13.2.1控制问题描述
13.2.2控制律的设计与分析
13.2.3仿真实例
13.3带执行器卡死的MISO系统自适应容错控制
13.3.1控制问题描述
13.3.2控制律的设计与分析
13.3.3仿真实例
13.4基于状态输出受限性能的切换容错控制
13.4.1多状态输出受限引理
13.4.2系统描述
13.4.3基于Barrier Lyapunov的状态输出受限控制
13.4.4监控函数设计
13.4.5仿真实例
附录
参考文献