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| 內容簡介： |
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《欠驱动机械系统控制》结合作者多年来的研究成果和工作体会，系统地阐述了欠驱动机械系统控制的理论基础与设计方法。主要内容包括：欠驱动机械系统控制的基础知识和基本概念，欠驱动机械系统的建模及特性分析，欠驱动系统Acrobot的稳定控制及鲁棒性分析，平面欠驱动系统Acrobot和Pendubot的稳定控制，欠驱动三连杆以及多连杆机械臂的稳定控制，欠驱动系统Acrobot的运动规划及跟踪控制。《欠驱动机械系统控制》反映了近年来欠驱动机械系统控制领域的最新研究成果，可作为高等院校理工科高年级本科生和研究生，以及相关专业教师自学或参考用书，也可供自动控制、机器人及相关领域的广大科研工作者和工程技术人员参考。
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| 目錄：
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编者的话
前言
符号说明
第1章 绪论
1.1 欠驱动机械系统的研究意义
1.2 欠驱动机械系统控制的研究现状
1.3 本书内容
第2章 基础知识和基本概念
2.1 非线性系统及其描述
2.2 非线性自治系统的平衡点及其稳定性
2.3 非线性自治系统的线性化及间接稳定性定理
2.4 LaSalle不变原理
2.5 线性系统能控性和能观性判据
2.6 仿射非线性系统的反馈线性化
2.7 正定矩阵及其性质
第3章 欠驱动机械系统的建模及特性分析
3.1 典型欠驱动机械系统的动力学建模
3.1.1 轮摆系统
3.1.2 TORA系统
3.1.3 板球系统
3.1.4 欠驱动两连杆机械臂
3.1.5 欠驱动多连杆机械臂
3.2 欠驱动机械系统的特性分析
第4章 欠驱动系统Acrobot的稳定控制及鲁棒性分析
4.1 运动空间的划分
4.2 Acrobot系统的线性近似化及平衡控制器设计
4.3 基于能量和模糊控制的摇起控制器设计
4.3.1 系统控制器设计
4.3.2 数值仿真
4.4 基于李雅普诺夫函数与模糊控制的摇起控制器设计
4.4.1 系统控制器设计
4.4.2 控制参数β的选择
4.4.3 控制参数γ的选择
4.4.4 数值仿真
4.5 基于改进型李雅普诺夫函数的摇起控制器设计
4.5.1 系统控制器设计
4.5.2 控制参数的选择
4.5.3 数值仿真
4.6 Acrobot系统的鲁棒控制
4.6.1 不确定性的来源与不确定模型
4.6.2 摇起区鲁棒控制器设计
4.6.3 平衡鲁棒控制器设计
4.6.4 数值仿真
第5章 平面欠驱动两连杆机械臂的稳定控制
5.1 平面Acrobot系统的稳定控制
5.1.1 状态量约束关系的分析
5.1.2 运动特性分析
5.1.3 基于改进型粒子群算法的整数解n2的求解
5.1.4 系统控制器设计
5.1.5 数值仿真
5.2 平面Pendubot系统的稳定控制
5.2.1 结构模型变换与特性分析
5.2.2 控制器设计
5.2.3 数值仿真
第6章 基于力矩耦合的欠驱动三连杆机械臂的稳定控制
6.1 运动空间的划分
6.2 摇起控制器设计
6.3 奇异点规避
6.4 平衡控制器设计
6.5 数值仿真
第7章 基于降阶策略的多连杆欠驱动机械臂的稳定控制
7.1 系统描述与运动空间划分
7.2 分阶段的降阶控制策略
7.3 第一阶段的降阶控制设计
7.4 第二阶段的控制设计
7.4.1 摇起控制
7.4.2 平衡控制
7.5 数值仿真
7.5.1 四连杆PAAA型欠驱动机械臂的仿真
7.5.2 四连杆AAPA型欠驱动机械臂的仿真
第8章 具有两个被动关节的三连杆欠驱动机械臂的稳定控制
8.1 系统描述与运动空间的划分
8.2 系统控制器设计
8.2.1 摇起控制器设计
8.2.2 平衡控制器设计
8.3 数值仿真
第9章 基于等价输入干扰的欠驱动系统全局稳定控制
9.1 欠驱动机械系统的分类
9.2 二自由度欠驱动系统的坐标变换
9.3 变换后系统的特性分析
9.3.1 能控能观性分析
9.3.2 系统的零点分析
9.4 基于等价输入干扰的二自由度欠驱动系统稳定控制
9.4.1 等价输入干扰的定义及其存在性
9.4.2 等价输入干扰预估器设计
9.4.3 反馈控制器设计
9.4.4 状态观测器设计
9.4.5 稳定性分析
9.5 基于等价输入干扰的多自由度欠驱动系统稳定控制
9.6 数值仿真
9.6.1 T1型二自由度系统的仿真
9.6.2 T2型二自由度系统的仿真
9.6.3 T3型二自由度系统的仿真
9.6.4 多自由度系统的仿真
第10章 欠驱动系统Acrobot的运动规划与跟踪
10.1 Acrobot系统的运动规划
10.1.1 下摆轨迹设计
10.1.2 摇起轨迹的设计
10.1.3 整体运动轨迹的设计
10.2 跟踪控制器设计
10.2.1 误差方程
10.2.2 LQR优化设计法
10.2.3 极点配置设计法
10.3 数值仿真
10.3.1 运动规划的数值仿真
10.3.2 跟踪控制的数值仿真
参考文献
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| 內容試閱：
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第1章 绪论
在自然界中，存在很多由相互联系、影响的若干要素构成，并且对外能表现出一些特定功能的整体，人们称这样的整体为系统，并称组成整体的要素为系统的最小单元。相对而言，机械系统可能是人们最为熟悉的一类系统， 组成一个机械系统的最小单元为机械的零件或部件，它们为了使机械能够完成一定的功能而相互联系在一起。任何一个机械系统都具有确定的质量、刚度和阻尼，而且与其他系统一样，它具有整体性、相关性、目的性以及环境适应性等特点[1]。目前，机械系统的发展水平与社会的发展水平密切相关，它已经成为衡量社会生产和科学技术发展程度的重要标志。
对于大部分机械系统来说，每一个自由度都分别对应着一个驱动机构，即系统的控制输入个数等于自由度个数，这样的系统称为全驱动机械系统。但在实际生产和应用过程中，这种全驱动的状态可能因为外部环境或人为因素而发生改变，成为欠驱动机械系统。顾名思义，欠驱动机械系统（underactuated mechanical systems）是一类控制输入个数少于自由度个数的非线性系统[2～6]， 即系统的控制输入维数要少于系统位形空间的维数[7]。一个机械系统成为欠驱动系统的原因通常有如下几种情形：第一，对象系统存在一些运动约束使之成为欠驱动系统，或者系统本身的运动特性就是缺少驱动的，如移动机器人[8]、宇宙飞船[9]、直升机[10] 等；第二，在某些特定的环境下（如微重力环境），为减少能源消耗，降低控制系统成本，且使系统更加紧凑灵活等其他一些实用目的而人为设计的欠驱动系统， 如柔性连杆机器人[11]、太空机器人[12] 等；第三，当全驱动机械系统的某些驱动装置损坏或驱动器存在很长的反应时滞时，系统便会变为一个欠驱动系统；第四，鉴于现实生活中的许多物理系统都是欠驱动系统，因此如何用少于标准数目的执行器来控制系统是一个有意义的尝试，为模拟这种情形，研究者根据实际物理系统的特点，在实验室环境下人为地制造出一个简化的欠驱动系统，并以此作为验证控制算法的平台，如倒立摆[13，14]、轮摆[15]、TORA[16]、板球[17] 和旋转摆[18] 等。
欠驱动机械系统由于可以提高机械系统灵活性、降低成本和能源消耗等，在能源日益紧缺的今天，针对它们的研究越来越受到人们的关注，并已逐渐成为机器人领域研究的新热点。本章将对欠驱动机械系统及其控制研究的现状作一个全面的回顾，以
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