状态反馈控制及卡尔曼滤波 (附MATLAB/Simulink 教程)

定　　价：160 元

• 作者：费红姿,肖友洪,刘冰鑫
• 出版时间：2024/9/1
• ISBN：9787030779311
• 出 版 社：科学出版社

• 中图法分类：TP13 
• 页码：329
• 版次：1
• 开本：16

内容简介

本书系统介绍了基于状态空间模型的状态反馈及卡尔曼滤波方法，共8章，由三部分组成，第一部分（第1、2章），连续时间状态反馈控制；第二部分（第3～6章），离散时间状态反馈控制；第三部分（第7、8章），卡尔曼滤波。本书介绍了连续系统及离散系统的状态空间模型建模、状态反馈控制器、观测器、干扰抑制及参考信号跟踪的设计方法，并结合工程应用中控制系统案例以及MATLAB/Simulink教程，来讲解基于状态空间模型的状态反馈方法，包括汽包锅炉控制、糖厂控制、风力涡轮机传动系统控制、机械臂控制、加热炉控制等。同时，本书介绍了卡尔曼滤波器的原理及设计方法，并解决了卡尔曼滤波应用过程中的实时计算及计算精度问题。

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作者介绍

军委科技委基础加强项目“电控燃油系统异常喷射故障动力学特性及故障机理研究”，子课题负责人（本书依托项目）。

目 录

目录
译者序
前言
本书梗概
致谢
符号及缩写列表
第一部分 连续时间状态反馈控制
第1章 状态反馈控制器和观测器设计 3
1.1 概述 3
1.2 超越PID控制 3
1.3 状态反馈控制基础 11
1.3.1 状态反馈控制 11
1.3.2 可控性 15
1.3.3 思考题 18
1.4 极点配置控制器 18
1.4.1 设计方法 18
1.4.2 控制器设计中的相似变换 21
1.4.3 极点配置控制器的MATLAB教程 23
1.4.4 思考题 25
1.5 线性二次型调节器设计 25
1.5.1 启示事例 25
1.5.2 线性二次型调节器推导 27
1.5.3 Q和R矩阵的选择 29
1.5.4 具有设定稳定度的线性二次型调节器 34
1.5.5 思考题 38
1.6 观测器设计 39
1.6.1 观测器设计的目的 39
1.6.2 观测器推导 41
1.6.3 可观性 44
1.6.4 控制器和观测器之间的对偶性 46
1.6.5 观测器的实现 46
1.6.6 思考题 47
1.7 状态估计反馈控制系统 48
1.7.1 状态估计反馈控制 48
1.7.2 分离原理 49
1.7.3 思考题 50
1.8 本章小结 51
1.9 更多资料 52
习题 52
第2章 连续系统多变量控制应用 56
2.1 概述 56
2.2 实用控制器一：积分作用控制器设计 56
2.2.1 原始控制律 56
2.2.2 积分饱和情况 58
2.2.3 实用的多变量控制器 59
2.2.4 抗积分饱和实现 61
2.2.5 关于设计与实现的MATLAB教程 64
2.2.6 汽包锅炉控制应用 70
2.2.7 思考题 75
2.3 实用控制器二：通过观测器设计实现积分作用 75
2.3.1 基于扰动估计的积分控制 75
2.3.2 抗饱和机制 77
2.3.3 设计与实现的MATLAB/Simulink教程 78
2.3.4 在糖厂中的控制应用 83
2.3.5 状态可测的系统设计 84
2.3.6 思考题 86
2.4 风力涡轮机传动控制系统 87
2.4.1 风力涡轮机传动系统的建模 87
2.4.2 控制系统的配置 89
2.4.3 设计方法一 90
2.4.4 设计方法二 93
2.4.5 设计方法二的MATLAB教程 94
2.4.6 思考题 97
2.5 本章小结 97
2.6 更多资料 98
习题 98
第二部分 离散时间状态反馈控制
第3章 离散时间系统介绍 105
3.1 概述 105
3.2 连续时间模型的离散化 105
3.2.1 连续时间模型的采样 106
3.2.2 离散时间系统的稳定性 108
3.2.3 通过采样得到离散时间模型示例 108
3.2.4 思考题 114
3.3 输入和输出离散时间模型 115
3.3.1 输入和输出模型 115
3.3.2 有限脉冲响应和阶跃响应模型 117
3.3.3 非最小状态空间的实现 120
3.3.4 思考题 121
3.4 z变换 122
3.4.1 常用信号的z变换 122
3.4.2 z变换函数 125
3.4.3 思考题 126
3.5 本章小结 127
3.6 更多资料 127
习题 128
第4章 离散时间状态反馈控制 132
4.1 概述 132
4.2 离散时间状态反馈控制基础 132
4.2.1 基本概念 132
4.2.2 离散时间中的可控性和稳定性 135
4.2.3 思考题 137
4.3 离散时间观测器的设计 137
4.3.1 离散时间观测器的基本概念 137
4.3.2 离散时间中的可观性 140
4.3.3 思考题 142
4.4 离散时间线性二次型调节器 142
4.4.1 DLQR的目标函数 142
4.4.2 最优解 143
4.4.3 用离散时间线性二次型调节器设计观测器 144
4.4.4 思考题 145
4.5 具有设定稳定度的离散时间线性二次型调节器 146
4.5.1 设定稳定度的基本概念 146
4.5.2 案例研究 148
4.5.3 思考题 152
4.6 本章小结 153
4.7 更多资料 154
习题 154
第5章 基于观测器设计的干扰抑制和参考信号跟踪 159
5.1 概述 159
5.2 扰动模型 159
5.2.1 常见的扰动信号 159
5.2.2 带输入扰动的状态空间模型 162
5.2.3 思考题 163
5.3 估计中输入和输出扰动的补偿 163
5.3.1 示例 163
5.3.2 输入扰动观测器设计 165
5.3.3 增广状态空间模型的MATLAB教程 168
5.3.4 观测器误差系统 169
5.3.5 输出扰动观测器的设计 171
5.3.6 思考题 174
5.4 基于扰动观测器的状态反馈控制 175
5.4.1 控制律 175
5.4.2 控制实现的MATLAB教程 177
5.4.3 思考题 181
5.5 基于扰动观测器的控制系统分析 182
5.5.1 控制器传递函数 182
5.5.2 扰动抑制 184
5.5.3 参考信号跟踪 186
5.5.4 案例研究 187
5.5.5 思考题 190
5.6 控制律的抗饱和实现 191
5.6.1 抗饱和实现的算法 191
5.6.2 加热炉控制 193
5.6.3 带限干扰示例 196
5.6.4 思考题 197
5.7 本章小结 198
5.8 更多资料 199
习题 199
第6章 通过控制设计实现扰动抑制和参考信号跟踪 206
6.1 概述 206
6.2 在控制器设计中嵌入扰动模型 206
6.2.1 增广状态空间模型的建立 206
6.2.2 MATLAB教程 208
6.2.3 可控性和可观性 210
6.2.4 思考题 211
6.3 控制器和观测器设计 212
6.3.1 控制器设计及控制信号的计算 212
6.3.2 增加参考信号 213
6.3.3 观测器的设计和实现 214
6.3.4 控制器实现的MATLAB教程 215
6.3.5 思考题 218
6.4 实践问题研究 219
6.4.1 减少参考信号跟踪中的超调量 219
6.4.2 抗饱和的实现 222
6.4.3 用非最小状态空间实现的控制系统 225
6.4.4 思考题 229
6.5 重复控制 230
6.5.1 重复控制的基本原理 230
6.5.2 扰动模型D(z)的确定 232
6.5.3 机械臂的控制 236
6.5.4 思考题 239
6.6 本章小结 240
6.7 更多资料 241
习题 241
第三部分 卡尔曼滤波
第7章 卡尔曼滤波器 253
7.1 概述 253
7.2 卡尔曼滤波器的算法 253
7.2.1 卡尔曼滤波器的状态空间模型 253
7.2.2 直观的计算过程 254
7.2.3 卡尔曼滤波增益的最优化 257
7.2.4 卡尔曼滤波器示例及MATLAB教程 259
7.2.5 传感器偏置和负载扰动的补偿 264
7.2.6 思考题 268
7.3 多速率采样环境下的卡尔曼滤波器 269
7.3.1 缺失数据场景下的卡尔曼滤波算法 269
7.3.2 案例研究与MATLAB教程 270
7.3.3 思考题 280
7.4 扩展卡尔曼滤波器 280
7.4.1 扩展卡尔曼滤波器的线性化 280
7.4.2 扩展卡尔曼滤波算法 285
7.4.3 案例研究及MATLAB教程 287
7.4.4 思考题 294
7.5 衰减记忆卡尔曼滤波器 294
7.5.1 衰减记忆卡尔曼滤波器的算法 294
7.5.2 思考题 298
7.6 卡尔曼滤波器和观测器之间的关系 298
7.6.1 一步卡尔曼滤波算法 298
7.6.2 卡尔曼滤波器和观测器 299
7.6.3 思考题 304
7.7 本章小结 304
7.8 更多资料 305
习题 305
第8章 解决卡尔曼滤波器中的计算问题 309
8.1 概述 309
8.2 序贯卡尔曼滤波器 309
8.2.1 序贯卡尔曼滤波器的基本概念 309
8.2.2 非对角R 313
8.2.3 序贯卡尔曼滤波器的MATLAB教程 315
8.2.4 思考题 318
8.3 使用UDUT分解的卡尔曼滤波器 318
8.3.1 格拉姆-施密特正交化过程 319
8.3.2 基本思想 321
8.3.3 用UDUT分解的序贯卡尔曼滤波器 323
8.3.4 MATLAB教程 326
8.3.5 思考题 327
8.4 本章小结 328
8.5 更多资料 328
习题 329