本书主要分为八章。第一章从宏观的角度介绍了自适应控制理论提出的背景和意义,特别是给出了理论发展的主要节点;第二章给出了自适应控制理论所基于的数学基础;第三章讨论了实时参数估计相关的概念和主要理论方法;第四章讨论了模型参考自适应控制;第五章是自校正控制;第六章讨论了一些主要的非自适应控制,这部分内容作为基本自适应控制的拓展;第七章讲解了自适应观测器的设计;第八章给出了关于自适应控制理论的应用实例。本书可作为普通高等院校电气、自动化、控制理论与控制工程等相关专业的教材。
编写这本书的初衷是为北京理工大学高年级本科生开设的“自适应控制理论及其应用”和研究生开设的“自适应与鲁棒控制”课程提供教材。起初,我们在教授这两门课程时,选用自适应控制的经典教科书——瑞典著名科学家Karl Johan strm的《Adaptive Control》作为教材,但实际教学中发现,学生尤其是本科生对全英教材的领悟有一定的局限。因此,我们编写了一本适合高年级本科生及研究生的中文教材。在编写的过程中,我们遵循的原则是“博采众长、有所取舍”,因此广泛参考了国内外的相关教材,并进行了有目的的取舍。希望本书能体现出自适应控制理论最核心和最关键的知识点,并由此培养学生独立思考解决问题的能力。本书主要分为8章。第1章主要是从宏观的角度阐述了自适应控制理论提出的背景和意义;第2章介绍了自适应控制的数学基础;第3章介绍了实时参数估计;第4章介绍了模型参考自适应控制;第5章介绍了自校正控制;第6章介绍了一些主要的非线性自适应控制,这部分内容作为基本自适应控制的拓展;第7章介绍了自适应观测器的设计;第8章列举了几个关于自适应控制理论的应用实例。在本书的编写过程中,北京理工大学系统与仿真实验室的老师给予了我们很大的支持,如王肇敏高级实验师、孟秀云教授、单家元教授、刘永善副教授、徐红副教授、贾庆忠副教授、王佳楠副教授、丁艳副教授、王彦恺讲师等对于本书的编写多有帮助,在此表示感谢。在本课程的多年教学过程中,我们根据教学过程中获得的反馈进一步改进和更新了教材内容。同时,部分学生的相关应用实例也被列入了本书之中,由于对本书做出贡献的人较多,难以一一列举,在此仅列出部分名单如下:兰宏炜、刘惠明、邓剑峰、张宇桐等。本书的出版得到了北京理工大学“双一流”研究生精品教材项目资助。最后,对于北京理工大学出版社在本书编写过程中的协助工作以及提出的建议表示深深的感谢!作者
张卫忠,博士,1980年出生,江苏宜兴人,2002年本科毕业于哈尔滨工程大学电气工程自动化专业,2005年硕士毕业于上海交通大学自动化系控制理论与控制工程专业,2009年以杰出研究生毕业于美国路易斯维尔大学电气与计算机工程系。2010年进入北京理工大学,现在北京理工大学宇航学院飞行器控制系从事教学科研工作。主持国家自然基金项目青年项目,参与国家自然基金重大项目子课题及面上项目子课题等科研项目。发表SCI论文、EI论文多篇,主要研究方向为导航、制导与控制。
第1章自适应控制概述00
1.1自动控制的提出00
1.2自适应控制的创立00
1.3自适应控制系统的类型00
1.4自适应控制理论的发展0
习题0
第2章自适应控制的数学基础0
2.1状态方程、传递函数与时序模型0
2.1.1连续系统的状态方程与传递函数0
2.1.2离散系统的状态方程、脉冲传递函数0
2.1.3时序模型0
2.2Diophantine方程与非最小实现0
2.3Lyapunov稳定性理论0
2.4超稳定性理论0
习题0
第3章实时参数估计0
3.1系统辨识的基本概念0
3.2最小二乘法0
3.3递推最小二乘法0
3.4具有遗忘因子的递推最小二乘法0
3.5闭环系统辨识0
3.5.1问题的出现0
3.5.2什么是闭环系统可辨识0
3.5.3闭环状态下的辨识方法和可辨识条件0
习题0
第4章模型参考自适应控制0
4.1系统结构0
4.2MIT法则0
4.3基于李氏理论的模型参考自适应0
习题0
第5章自校正控制0
5.1自校正系统原理0
5.2极点配置自校正控制0
5.3最小方差自校正控制0
5.3.1预测模型0
5.3.2最小方差控制0
5.3.3最小方差自校正调节器0
习题0
第6章非线性自适应控制0
6.1非线性自适应后推控制0
6.1.1反馈线性化0
6.1.2自适应反馈线性化0
6.1.3后推0
6.1.4自适应后推0
6.2自适应逆控制0
6.3变结构自适应控制0
6.3.1发展脉络0
6.3.2单变量变结构自适应控制0
6.3.3多变量变结构自适应控制0
6.4鲁棒自适应控制0
6.4.1H控制概念0
6.4.2鲁棒稳定性与H性能指标之间的关系0
6.4.3H自校正控制0
习题
第7章自适应观测器的设计
7.1基本设计方法
7.2连续系统的自适应观测器
7.2.1可观测标准型与非最小实现
7.2.2典型自适应观测器
7.3离散系统的自适应观测器
7.3.1系统表现与问题的设定
7.3.2典型离散自适应观测器
7.4自适应观测器在自适应控制系统中的应用
习题
第8章自适应控制的应用
8.1发展历史
8.2导弹自适应滑模制导律
8.2.1问题模型
8.2.2自适应滑模制导律设计
8.2.3应用效果
8.3针对火星探测器的自适应模型逆控制器设计
8.3.1问题背景
8.3.2自适应模型逆控制器设计
8.3.3数值仿真及结果分析
8.4基于模型参考自适应的四旋翼控制器设计
8.4.1问题定义
8.4.2四旋翼控制模型
8.4.3基于李雅普诺夫函数的模型参考自适应控制律设计
8.4.4仿真验证
参考文献