線性魯棒控制

編者的話
前言
記號表
第1章 緒論
1.1 魯棒控制的工程背景
1.2 魯棒控制的方法論
1.2.1 小增益方法
1.2.2 正實(shí)方法
1.2.3 Lyapunov方法
1.2.4 魯棒極點(diǎn)區(qū)域配置
1.2.5 增益規(guī)劃
1.3 本書的內(nèi)容和特點(diǎn)
1.4 魯棒控制小史
第2章 線性代數(shù)基礎(chǔ)
2.1 跡、行列式、逆矩陣和分塊矩陣
2.2 矩陣的基本初等變換及其矩陣表示
2.3 線性向量空間
2.3.1 線性獨(dú)立性
2.3.2 維數(shù)與基底
2.3.3 坐標(biāo)變換
2.4 向量的范數(shù)和內(nèi)積
2.4.1 向量的范數(shù)
2.4.2 向量的內(nèi)積
2.5 線性子空間
2.5.1 子空間
2.5.2 正交基底與Gram-Schmidt正交化方法
2.5.3 直交互補(bǔ)空間
2.6 矩陣和線性映射
2.6.1 映像和零空間
2.6.2 線性映射矩陣表示的基底依賴性和矩陣的相似變換
2.6.3 矩陣的秩
2.6.4 線性代數(shù)方程
2.7 特征值和特征向量
2.8 不變子空間
2.8.1 限制映射于不變子空間
2.8.2 Rn上的不變子空間
2.8.3 埃爾米特陣/對稱陣的對角化
2.8.4 斜對稱陣的方塊對角化
2.9 偽逆矩陣和線性矩陣方程
2.10 二次型與正定陣
2.10.1 二次型與能量函數(shù)
2.10.2 正定陣與半正定陣
2.11 矩陣的范數(shù)和內(nèi)積
2.11.1 矩陣的范數(shù)
2.11.2 矩陣的內(nèi)積
2.12 奇異值與奇異值分解
2.13 向量和矩陣的微積分
2.13.1 自變量為標(biāo)量的時(shí)候
2.13.2 自變量為向量或矩陣的時(shí)候
2.14 Kronecker乘積
2.15 函數(shù)的范數(shù)和內(nèi)積
2.15.1 信號的范數(shù)
2.15.2 信號的內(nèi)積
2.15.3 信號在頻域的范數(shù)和內(nèi)積
2.15.4 信號2范數(shù)和內(nèi)積的計(jì)算
2.15.5 系統(tǒng)的范數(shù)
2.15.6 系統(tǒng)的內(nèi)積
2.16 習(xí)題
第3章 凸分析和LMI的基礎(chǔ)
3.1 凸集與凸函數(shù)
3.1.1 仿射集合、凸集和圓錐
3.1.2 超平面、半空間、橢圓體和多面體
3.1.3 分離超平面、對偶問題與支持超平面
3.1.4 仿射函數(shù)
3.1.5 凸函數(shù)
3.2 LMI入門
3.2.1 控制問題與LMI
3.2.2 典型的LMI問題
3.2.3 從BMI到LMI:消元法
3.2.4 從BMI到LMI:換元法
3.3 橢圓法*
3.4 內(nèi)點(diǎn)法*
3.4.1 LMI的解析中心
3.4.2 基于中心路徑的內(nèi)點(diǎn)法
3.5 習(xí)題
第4章 線性系統(tǒng)的基礎(chǔ)
4.1 動態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)
4.1.1 線性系統(tǒng)的表達(dá)方法
4.1.2 對偶系統(tǒng)
4.1.3 可控性和可觀性
4.1.4 狀態(tài)實(shí)現(xiàn)和相似變換
4.1.5 極點(diǎn)和零點(diǎn)
4.1.6 逆系統(tǒng)
4.1.7 系統(tǒng)的聯(lián)接
4.2 穩(wěn)定性
4.2.1 輸入輸出穩(wěn)定性
4.2.2 內(nèi)部穩(wěn)定性
4.2.3 零極點(diǎn)相消
4.2.4 可穩(wěn)性和可檢性
4.3 Lyapunov方程
4.3.1 可控性Gram矩陣與可觀性Gram矩陣
4.3.2 平衡實(shí)現(xiàn)
4.4 線性分式變換
4.5 習(xí)題
第5章 系統(tǒng)的控制性能
5.1 測試信號
5.1.1 參考輸入信號
5.1.2 持續(xù)干擾
5.1.3 測試信號的特征
5.2 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)
5.2.1 關(guān)于閉環(huán)傳遞函數(shù)的分析
5.2.2 參考輸入跟蹤
5.2.3 干擾抑制
5.3 過渡響應(yīng)
5.3.1 評價(jià)準(zhǔn)則
5.3.2 基準(zhǔn)二階系統(tǒng)
5.3.3 附加零極點(diǎn)的影響
5.3.4 最大超調(diào)量與逆超調(diào)
5.3.5 帶寬與快速響應(yīng)
5.4 開環(huán)控制與閉環(huán)控制的性能比較
5.4.1 參考輸入跟蹤
5.4.2 模型不確定性存在時(shí)的情形
5.4.3 干擾抑制
5.5 習(xí)題
第6章 線性系統(tǒng)的鎮(zhèn)定
6.1 狀態(tài)反饋
6.1.1 可控標(biāo)準(zhǔn)型與可觀標(biāo)準(zhǔn)型
6.1.2 單輸入系統(tǒng)的極點(diǎn)配置
6.1.3 多輸入系統(tǒng)的極點(diǎn)配置*
6.1.4 極點(diǎn)選擇的原則
6.2 觀測器
6.2.1 全階觀測器
6.2.2 最低階觀測器
6.3 合并系統(tǒng)及分離原理
6.3.1 使用全階觀測器的情況
6.3.2 使用最低階觀測器的情況
6.4 習(xí)題
第7章 鎮(zhèn)定控制器的參數(shù)化
7.1 廣義反饋控制系統(tǒng)
7.1.1 概念
7.1.2 應(yīng)用舉例
7.2 鎮(zhèn)定控制器的參數(shù)化
7.2.1 穩(wěn)定控制對象的情況
7.2.2 一般情況
7.3 Youla參數(shù)化公式
7.4 閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
7.4.1 關(guān)于控制器參數(shù)的仿射結(jié)構(gòu)
7.4.2 關(guān)于自由參數(shù)的仿射結(jié)構(gòu)
7.5 2自由度系統(tǒng)
7.5.1 2自由度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析
7.5.2 2自由度控制的實(shí)現(xiàn)
7.6 習(xí)題
第8章 時(shí)域特性與頻域特性的關(guān)系
8.1 Parseval定理
8.1.1 Fourier變換和逆變換
8.1.2 卷積
8.1.3 Parseval定理
8.1.4 Parseval定理的證明
8.2 KYP引理
8.2.1 KYP引理在有界實(shí)引理中的應(yīng)用
8.2.2 KYP引理在正實(shí)引理中的應(yīng)用
8.2.3 KYP引理的證明*
8.3 習(xí)題
第9章 代數(shù)Riccati方程
9.1 Riccati方程的解法
9.2 鎮(zhèn)定解
9.3 有界實(shí)引理
9.4 內(nèi)函數(shù)
9.5 習(xí)題
第10章 反饋控制的性能極限
10.1 預(yù)備知識
10.1.1 Poisson積分公式
10.1.2 全通傳遞函數(shù)和最小相位傳遞函數(shù)
10.2 可實(shí)現(xiàn)的閉環(huán)傳遞函數(shù)的極限
10.2.1 插值條件
10.2.2 靈敏度函數(shù)的分析
10.3 積分條件
10.3.1 Bode靈敏度積分條件
10.3.2 開環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定極點(diǎn)與靈敏度極限的關(guān)系
10.3.3 Bode相位公式
10.4 參考信號跟蹤的極限
10.4.1 1自由度控制系統(tǒng)
10.4.2 2自由度控制系統(tǒng)
10.5 習(xí)題
第11章 模型不確定性
11.1 模型的不確定性
11.1.1 魯棒控制的思想
11.1.2 模型不確定性的分類
11.2 含動態(tài)不確定性的系統(tǒng)集合
11.2.1 表達(dá)方式
11.2.2 不確定性范圍的建模
11.3 含參數(shù)不確定性的系統(tǒng)集合
11.3.1 參數(shù)向量的多面體集合
11.3.2 矩陣多面體和多面體系統(tǒng)
11.3.3 范數(shù)有界型參數(shù)不確定系統(tǒng)
11.4 含相位信息的不確定性的系統(tǒng)集合
11.5 LPV模型與非線性系統(tǒng)
11.5.1 LPV模型
11.5.2 從非線性系統(tǒng)到LPV模型的轉(zhuǎn)換
11.6 魯棒穩(wěn)定性及魯棒性能的概念
11.7 習(xí)題
第12章 魯棒控制分析1:小增益原理
12.1 小增益定理
12.2 魯棒穩(wěn)定條件
12.3 H∞標(biāo)稱性能條件和魯棒穩(wěn)定條件的等價(jià)性
12.4 魯棒性能分析
12.4.1 魯棒性能的充分條件
12.4.2 導(dǎo)入定標(biāo)
12.5 范數(shù)有界型參數(shù)不確定系統(tǒng)的穩(wěn)定半徑
12.6 習(xí)題
第13章 魯棒控制分析2:Lyapunov方法
13.1 Lyapunov穩(wěn)定理論的概要
13.1.1 漸近穩(wěn)定的條件
13.1.2 狀態(tài)收斂速度的條件
13.2 二次穩(wěn)定性
13.2.1 二次穩(wěn)定性的條件
13.2.2 多面體系統(tǒng)的二次穩(wěn)定條件
13.2.3 范數(shù)有界型參數(shù)不確定系統(tǒng)的二次穩(wěn)定條件
13.3 Lur'e系統(tǒng)
13.3.1 圓盤定理
13.3.2 Popov條件
13.4 無源系統(tǒng)
13.5 習(xí)題
第14章 魯棒控制分析3:IQC方法
14.1 IQC的概念
14.2 IQC定理
14.3 IQC的應(yīng)用例子
14.4 IQC定理的證明*
第15章 H2控制
15.1 傳遞函數(shù)的H2范數(shù)
15.1.1 與輸入輸出之間的關(guān)系
15.1.2 加權(quán)函數(shù)與干擾及噪聲動態(tài)特性的關(guān)系
15.1.3 計(jì)算方法
15.1.4 ‖G‖22控制問題
15.3 非奇異H2控制問題的解
15.4 非奇異解的證明
15.4.1 準(zhǔn)備工作
15.4.2 非奇異解的證明
15.5 奇異H2控制
15.6 習(xí)題
第16章 H∞控制
16.1 控制問題和H∞范數(shù)
16.1.1 傳遞矩陣H∞范數(shù)和輸入輸出的關(guān)系
16.1.2 干擾控制與加權(quán)函數(shù)
16.2 H∞控制問題
16.3 Riccati方程解法
16.3.1 可解條件
16.3.2 H∞控制器的公式
16.3.3 非奇異條件不成立時(shí)的解決辦法
16.4 LMI解法1:消元法
16.4.1 LMI解的證明
16.4.2 控制器的計(jì)算
16.5 LMI解法2:換元法
16.6 如何設(shè)計(jì)廣義控制對象和加權(quán)函數(shù)
16.6.1 選擇廣義控制對象的原則
16.6.2 加權(quán)函數(shù)的選擇方法
16.7 設(shè)計(jì)實(shí)例
16.8 帶定標(biāo)的H∞控制
16.9 習(xí)題
第17章 μ設(shè)計(jì)法
17.1 為何導(dǎo)入μ
17.1.1 含多個(gè)不確定性的魯棒控制問題
17.1.2 魯棒性能問題
17.2 μ的定義及其意義
17.3 μ的性質(zhì)
17.3.1 特例
17.3.2 μΔ(M)的上界和下界
17.4 魯棒H∞性能的充要條件
17.5 D-K迭代設(shè)計(jì)方法
17.5.1 關(guān)于最大奇異值的最小化問題的凸性
17.5.2 D-K迭代設(shè)計(jì)的程序
17.6 參數(shù)不確定性的分離法
17.7 設(shè)計(jì)實(shí)例
17.8 習(xí)題
第18章 參數(shù)不確定系統(tǒng)的魯棒控制
18.1 多面體系統(tǒng)的二次鎮(zhèn)定
18.1.1 狀態(tài)反饋
18.1.2 輸出反饋
18.2 范數(shù)有界型參數(shù)不確定系統(tǒng)的二次鎮(zhèn)定
18.3 多面體系統(tǒng)的魯棒H∞控制設(shè)計(jì)
18.4 范數(shù)有界型參數(shù)不確定系統(tǒng)的魯棒H∞控制設(shè)計(jì)
18.5 習(xí)題
第19章 極點(diǎn)的區(qū)域配置
19.1 凸區(qū)域及其特征表達(dá)
19.1.1 控制性能與極點(diǎn)的位置關(guān)系
19.1.2 LMI區(qū)域及其特征描述
19.2 系統(tǒng)極點(diǎn)位于LMI區(qū)域的條件
19.3 復(fù)合LMI區(qū)域
19.4 反饋控制設(shè)計(jì)
19.4.1 設(shè)計(jì)方法
19.4.2 設(shè)計(jì)實(shí)例:質(zhì)量彈簧系統(tǒng)
19.5 魯棒極點(diǎn)配置的條件
19.5.1 多面體系統(tǒng)
19.5.2 范數(shù)有界型參數(shù)不確定系統(tǒng)
19.6 魯棒極點(diǎn)區(qū)域配置的控制設(shè)計(jì)
19.6.1 關(guān)于多面體系統(tǒng)的討論
19.6.2 范數(shù)有界型參數(shù)不確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
19.6.3 魯棒設(shè)計(jì)實(shí)例:質(zhì)量彈簧系統(tǒng)
19.7 習(xí)題
第20章 增益規(guī)劃控制
20.1 增益規(guī)劃控制的一般結(jié)構(gòu)
20.2 LFT型時(shí)變參數(shù)模型
20.2.1 帶定標(biāo)的增益規(guī)劃H∞控制設(shè)計(jì)
20.2.2 控制器的計(jì)算步驟
20.3 仿射結(jié)構(gòu)模型
20.3.1 便于設(shè)計(jì)的增益規(guī)劃控制器結(jié)構(gòu)
20.3.2 仿射模型的魯棒多目標(biāo)控制
20.4 習(xí)題
第21章 正實(shí)方法
21.1 不確定閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
21.2 基于強(qiáng)正實(shí)化的魯棒穩(wěn)定方法
21.2.1 換元法
21.2.2 消元法
21.3 基于嚴(yán)格正實(shí)化的魯棒穩(wěn)定方法
21.4 含正實(shí)不確定性系統(tǒng)的魯棒性能設(shè)計(jì)
21.5 設(shè)計(jì)實(shí)例
21.6 習(xí)題
文獻(xiàn)說明
參考文獻(xiàn)
索引