非线性网络模型预测控制理论与应用

本书在状态空间理论的统一框架下系统深入地介绍非线性网络控制系统的建模、分析与控制等问题。首先，简要介绍非线性控制系统的模型、稳定性分析方法，以及反馈线性化理论。然后，分别介绍单边丢包和量化以及双边丢包和量化的非线性网络控制系统的模型预测控制方法，得到遵循“预测系统动态-求解优化问题-解的第一个元素作用于系统”的预测控制器设计方法。进而，将这一系统性的预测控制器设计方法推广到具有时延的非线性网络控制系统以及具有随机干扰的非线性网络控制系统，得到预测控制器并分析系统的闭环稳定性。最后，介绍针对确定时延的非线性网络控制系统的保性能控制方法。本书可作为高等学校自动化专业及相关专业教师、研究生和高年级本科生的教材或教学参考书，也可供从事控制系统研发工作的科研人员和工程技术人员参考。

序
前言
第1章 绪论
1.1 非线性现象和模型
1.1.1 简化线性系统还原成非线性系统
1.1.2 硬非线性特性现象
1.1.3 模型的不确定性现象
1.1.4 设计的简化现象
1.1.5 一些直接或间接使用非线性控制的原因
1.2 非线性系统特征
1.2.1 非线性特性
1.2.2 线性系统特征
1.2.3 不具有线性特性的非线性系统例子
1.2.4 一些常见的非线性系统的特性
1.3 非线性网络控制系统的稳定性分析与综合
1.3.1 非线性网络模型预测控制研究现状
1.3.2 数据包丢失问题
1.3.3 数据量化问题
1.3.4 网络诱导时延
1.3.5 数据包时序错乱
1.3.6 节点的时钟同步
1.4 本书的安排
第2章 非线性控制系统Lyapunov稳定性理论
2.1 非线性系统与平衡点
2.1.1 非线性系统
2.1.2 稳定的数学描述
2.2 自治系统的Lyapunov直接方法
2.2.1 正定函数与Lyapunov函数
2.2.2 平衡点定理
2.3 时变系统稳定性理论
2.3.1 时变系统的稳定性概念
2.3.2 稳定性概念中的一致性
2.3.3 时变系统的Lyapunov稳定性分析
2.4 全局一致渐近稳定相关定理
2.5 Barbalat引理与类Lyapunov分析
2.5.1 函数及其导数的渐近性质
2.5.2 Barbalat引理
2.5.3 利用Barbalat引理进行稳定性分析
2.6 非线性系统反步控制
2.6.1 部分反馈线性化系统稳定性
2.6.2 部分反馈线性化系统全局渐近镇定
2.6.3 反步设计法原理
2.7 高阶系统反步设计
第3章 反馈线性化
3.1 反馈线性化及其标准型
3.2 输入-状态线性化
3.3 数学工具
3.3.1 向量场的李代数结构
3.3.2 李积或李括号
3.3.3 微分同胚和状态变换
3.4 单输入系统的输入-状态线性化
3.4.1 输入-状态线性化的定义
3.4.2 输入-状态线性化的条件
3.4.3 线性化步骤
3.5 输入-输出线性化
3.5.1 相对阶定义及内动态
3.5.2 内动态不稳定
3.6 单输入-单输出系统的输入-输出线性化
3.6.1 产生一个线性输入-输出关系
3.6.2 正则形式
3.7 非线性系统的零动态设计方法
第4章 受约束的事件触发分布式非线性系统的预测控制技术
4.1 问题描述
4.2 非线性对象的反馈线性化引例
4.2.1 反馈线性化的实现与验证
4.2.2 仿真研究
4.3 基于事件触发的分布式模型预测控制方法
4.3.1 分布式预测控制模型的系统描述
4.3.2 基于事件触发的具有通信时延的分布式模型预测控制
4.3.3 系统可行性与稳定性分析
4.4 仿真研究
4.5 本章小结
第5章 具有时延的非线性网络控制系统的H∞预测控制
5.1 概述
5.2 问题描述
5.3 预测控制器设计
5.4 稳定性分析
5.5 系统仿真
5.6 本章小结
第6章 单边丢包和量化非线性网络控制系统的模型预测控制
6.1 概述
6.2 问题描述
6.3 稳定性分析和预测控制器设计
6.3.1 稳定性分析
6.3.2 预测控制器设计
6.4 实例及仿真
6.5 本章小结
第7章 双边丢包和量化的非线性网络控制系统的模型预测控制
7.1 概述
7.2 问题描述
7.3 稳定性分析和预测控制器设计
7.4 实例及仿真
7.5 本章小结
第8章 干扰作用下的丢包网络控制系统的模型预测控制
8.1 概述
8.2 问题描述
8.3 预测控制器设计
8.4 稳定性分析
8.5 系统仿真
8.6 本章小结
第9章 一类确定时延非线性网络控制系统的保性能控制
9.1 概述
9.2 问题描述
9.3 控制器设计
9.4 保性能控制律设计
9.4.1 单Lyapunov函数法
9.4.2 多Lyapunov函数法
9.5 仿真实例
9.6 本章小结
参考文献