非线性控制

美国密歇根州立大学电气与计算机工程专业的本科生教材，可作为非线性控制课程初级教材，重点阐述非线性系统的分析和控制应用。该书内容简洁，阐述清楚，主要内容包括：非线性模型、二维系统、平衡点的稳定性、时变扰动系统、输入—输出稳定性、反馈系统的稳定性、特殊形式的非线性系统、状态反馈镇定、状态反馈鲁棒镇定、非线性观测器、输出反馈镇定、跟踪与调节等。

目　录出版者的话译者言前言第1章　引论1　1.1　非线性模型1　1.2　非线性现象6　1.3　全书概况7　1.4　练习8第2章　二维系统12　2.1　线性系统的定性性质13　2.2　平衡点附近的定性性质16　2.3　多重平衡点18　2.4　极限环20　2.5　绘制相图的数字化方法23　2.6　练习24第3章　平衡点的稳定性27　3.1　基本概念27　3.2　线性化31　3.3　Lyapunov方法33　3.4　不变性原理39　3.5　指数稳定性42　3.6　吸引域44　3.7　Lyapunov逆定理48　3.8　练习49第4章　时变系统和扰动系统53　4.1　时变系统53　4.2　扰动系统56　4.3　有界性与终极有界性60　4.4　输入状态稳定性66　4.5　练习70第5章　无源性74　5.1　无记忆函数74　5.2　状态模型77　5.3　正实传递函数80　5.4　与稳定性的联系83　5.5　练习85第6章　输入输出稳定性88　6.1　稳定性88　6.2　状态模型的稳定性92　6.3　2增益96　6.4　练习100第7章　反馈系统的稳定性103　7.1　无源性定理103　7.2　小增益定理110　7.3　稳定性113　7.4　练习122第8章　特殊形式的非线性系统125　8.1　标准型125　8.2　控制器型131　8.3　观测器型137　8.4　练习142第9章　状态反馈镇定145　9.1　基本概念145　9.2　线性化146　9.3　反馈线性化147　9.4　局部反馈线性化152　9.5　反步法155　9.6　基于无源性的控制160　9.7　控制Lyapunov函数164　9.8　练习167第10章　状态反馈鲁棒镇定170　10.1　滑模控制170　10.2　Lyapunov再设计方法184　10.3　高增益反馈189　10.4　练习191第11章　非线性观测器194　11.1　局部观测器195　11.2　扩展Kalman滤波器196　11.3　全局观测器199　11.4　高增益观测器200　11.5　练习204第12章　输出反馈镇定207　12.1　输出反馈线性化207　12.2　基于无源性的控制208　12.3　基于观测器的控制210　12.4　高增益观测器和分离原理212　12.5　小相位系统的鲁棒稳定性218　12.6　练习224第13章　跟踪与调节226　13.1　跟踪控制228　13.2　鲁棒跟踪控制229　13.3　设定点间的转移231　13.4　通过积分控制的鲁棒调节234　13.5　输出反馈237　13.6　练习239附录A　示例242附录B　数学知识概述257附录C　组合Lyapunov函数262附录D　证明267参考文献272符号表281索引283

前　言这本书可以看成是从我早期编写的《Nonlinear Systems》演化而来的，它不是那本书的第4版，也不能取代它。本书的宗旨和结构与《Nonlinear Systems》完全不同。《Nonlinear Systems》的定位是讲述非线性系统分析及其在控制中的应用的参考书或者教材，但是本书旨在作为非线性控制的入门教材，它用于一个学期大约40课时的教学。众所周知，严谨是非线性系统理论的特点，写作本书的定位是既不失严谨性，又能让广大的受众可以接受，因此只有当证明过程对于结论的理解是必要的时候，我们才给出，其余的都给出了参考文献，需要的读者可以按需索骥。对于有些证明，部分读者寻找起来可能有困难，因此我们将它们罗列在本书的附录中。本书的篇幅大约只有《Nonlinear Systems》的一半，割舍了不少内容。那些被割舍的部分并非不重要，只是我觉得不适合入门学习而已。习惯使用《Nonlinear Systems》的教师可能不同意这样的裁减，所以他们依然可以将删减的内容融合进这本教材中，一起讲授。 教师们可以从出版商那里得到本书的电子版练习解答，还可获得部分题目的Simulink模型。本书的配套网站（http://www.pearsonhighered.com/khalil）还提供本书的勘误链接，用户可以通过此网站提交发现的内容错误，还可以从该网站获得本书的PDF课件，以及部分例子的Simulink模型。 书中的计算是通过MATLAB和Simulink完成的，插图是由MATLAB或LATEX的图形工具生成的。英文书封面背景描绘的是公元前3世纪埃及克特西比乌斯的水钟，这是有记录以来个反馈控制装置。 在本书的写作过程中，我得到了很多同事、学生以及《Nonlinear Systems》的读者、本书审稿人的帮助。感谢密西根州立大学为我的写作提供了一个良好的写作环境，也感谢美国自然科学基金会为我在非线性反馈控制研究中提供的资助。 Hassan Khalil