电液伺服系统非线性控制

电液伺服系统所具有的强非线性的模型特征和各类模型不确定性，已成为制约系统控制性能提升的瓶颈因素。本书以电液伺服系统非线性控制为研究目标，系统阐述作者及课题组在该领域所取得的研究成果。焦宗夏、姚建勇编著的《电液伺服系统非线性控制》共13章：第1章为绪论，第2～8章主要论述电液位置伺服系统的非线性控制方法，第9～13章论述带强运动干扰的电液力伺服系统的非线性控制方法。各章均以电液伺服系统非线性模型为控制器设计的基础，重点考虑如何补偿各类模型不确定性对系统伺服性能的影响，并分别介绍了不同工况下应采取何种控制策略以达到提升系统控制性能的目的。本书可作为高等院校液压传动与控制方向研究生的教学参考书，也可供相关专业的研究人员和工程技术人员参考。

焦宗夏，1963年生，辽宁沈阳人。北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院院长，教授，博士生导师。教育部“长江学者”特聘教授(2006)，新世纪百千万人才工程重量人选(2007)，国家杰出青年科学基金获得者(2008)，国家政府特殊津贴专家(2012)，973首席科学家(2014)，第六届全国优秀科技工作者(2014)，何梁何利科学与技术进步奖获得者(2016)。1991年于浙江大学博士毕业，同年到北京航空航天大学做博士后；1993年于北京航空航天大学任教至今；2000年1月～7月于德国汉堡一哈堡科技大学任客座教授。现任飞行器控制一体化技术重量重点实验室主任，中国航空学会机电分会主任委员，第七届国务院学科评议组成员。获国家技术发明奖二等奖1项，国家科技进步奖二等奖1项，省部级科技奖励10余项；获发明专利35项；发表论文被SCI收录67篇，ESI高被引论文3篇，EI收录200余篇；出版中英文专著2部，编译著5部。主要研究领域为飞机液压系统振动、电液伺服系统及装备、机载电液动力与作动技术。

序一
序二
前言
第1章 绪论 1
1.1 电液伺服系统中的控制问题 1
1.2 本书章 节安排 5
参考文献 6
第2章 电液伺服系统非线性建模与反馈线性化控制 8
2.1 电液伺服系统线性模型及特性分析 8
2.1.1 线性化建模 8
2.1.2 多自由度负载建模 10
2.1.3 阀控执行器的非线性分析 13
2.2 电液伺服系统非线性模型 14
2.3 模型对比仿真实例 16
2.4 基于准确模型的反馈线性化控制策略及频宽拓展 18
2.4.1 由非线性到线性的坐标变换 18
2.4.2 干扰抑制分析 21
2.4.3 高频鲁棒控制器的输入输出特性及干扰抑制分析 23
2.4.4 实验验证 24
2.5 本章小结 33
参考文献 33
第3章 面向模型不确定性的电液伺服系统自适应鲁棒控制 34
3.1 电液伺服系统直接自适应鲁棒控制 34
3.1.1 系统模型与问题描述 35
3.1.2 不连续的参数映射 36
3.1.3 自适应鲁棒控制器的设计 37
3.1.4 自适应鲁棒控制器的性能及分析 41
3.1.5 仿真验证 44
3.2 电液伺服系统间接自适应鲁棒控制 49
3.2.1 控制器的设计 50
3.2.2 受控的参数自适应过程 50
3.2.3 间接参数自适应律设计 52
3.2.4 仿真验证 54
3.3 本章小结 57
参考文献 57
第4章 光滑干扰非线性鲁棒控制 58
4.1 电液伺服系统误差符号积分鲁棒控制 58
4.1.1 误差符号积分鲁棒控制器的设计 59
4.1.2 仿真及实验验证 62
4.2 基于反演设计的电液伺服系统自适应积分鲁棒控制 66
4.2.1 系统模型与问题描述 66
4.2.2 非线性自适应积分鲁棒控制器的设计 68
4.2.3 对比实验验证 72
4.3 电液伺服系统自适应误差符号积分鲁棒控制 83
4.3.1 系统模型与问题描述 83
4.3.2 自适应误差符号积分鲁棒控制器的设计 85
4.3.3 自适应误差符号积分鲁棒控制器的性能及分析 86
4.3.4 对比实验验证 88
4.4 本章小结 98
参考文献 98
第5章 基于模型的非线性摩擦补偿与低速伺服控制 100
5.1 常用的摩擦模型 101
5.1.1 静态摩擦模型 101
5.1.2 动态摩擦模型 102
5.2 基于LuGre模型的摩擦补偿控制策略 103
5.2.1 系统模型与问题描述 103
5.2.2 基于LuGre模型的自适应鲁棒摩擦补偿控制器的设计 105
5.2.3 自适应鲁棒控制器的性能 109
5.2.4 仿真验证 111
5.3 基于改进型LuGre模型的摩擦补偿控制策略 116
5.3.1 系统模型与问题描述 117
5.3.2 新型连续可微的静态摩擦模型 118
5.3.3 改进型LuGre摩擦模型及系统重构 119
5.3.4 基于改进型LuGre模型的自适应摩擦补偿控制器的设计 122
5.3.5 自适应控制器的性能 126
5.3.6 对比实验验证 128
5.4 本章小结 135
参考文献 136
第6章 电液伺服系统重复控制 137
6.1 传统的重复控制策略 137
6.2 电液伺服系统自适应鲁棒重复控制 142
6.3 电液伺服系统非线性自适应重复控制 147
6.3.1 系统模型与问题描述 147
6.3.2 非线性自适应重复控制器的设计 149
6.3.3 对比实验验证 158
6.4 本章小结 164
参考文献 164
第7章 电液伺服系统非线性参数自适应及运动约束控制 166
7.1 含分母非线性参数的自适应鲁棒控制 166
7.1.1 系统模型与问题描述 166
7.1.2 符号定义及不连续映射 169
7.1.3 自适应鲁棒控制器的设计 169
7.1.4 性能定理 173
7.2 电液伺服系统加速度约束控制 174
7.2.1 系统模型与问题描述 175
7.2.2 符号定义及不连续映射 176
7.2.3 控制器的设计 177
7.2.4 性能定理 180
7.2.5 系统速度、加速度约束及控制器参数整定 181
7.2.6 仿真验证 181
7.3 电液伺服系统输出约束控制 186
7.3.1 系统模型与问题描述 186
7.3.2 符号定义 187
7.3.3 控制器的设计 188
7.3.4 性能定理 191
7.3.5 仿真验证 191
7.4 本章小结 193
参考文献 194
第8章 电液伺服系统输出反馈控制 195
8.1 液压马达位置伺服系统输出反馈鲁棒反演控制 195
8.1.1 系统模型与问题描述 195
8.1.2 非线性输出反馈控制器的设计 196
8.1.3 对比实验验证 201
8.2 单出杆液压缸位置伺服系统输出反馈控制 208
8.2.1 系统模型与问题描述 208
8.2.2 系统输出反馈控制器的设计 210
8.2.3 仿真分析 215
8.3 本章小结 218
参考文献 219
第9章 电液负载模拟器及其速度同步控制 220
9.1 电液负载模拟器的基本原理 221
9.2 电液负载模拟器的复杂数学模型的建立 222
9.2.1 负载模拟器动力执行机构的数学模型 222
9.2.2 负载模拟器其他环节的数学模型 226
9.3 简化模型及其所带来的影响 228
9.4 复杂模型的特性分析 230
9.5 基于舵机控制信号的负载模拟器的速度同步控制 235
9.6 本章小结 238
参考文献 238
第10章 基于速度同步思想的复合同步加载控制 239
10.1 复合速度同步控制策略 239
10.1.1 数学建模 239
10.1.2 结构不变性与传统速度同步方法的理论及应用分析 241
10.1.3 考虑舵机刚度的速度同步补偿算法 244
10.1.4 复合速度同步控制算法 247
10.1.5 复合速度同步控制器的补偿参数确定规则 250
10.1.6 实验验证 252
10.2 基于舵机指令前馈的同步加载控制策略 261
10.2.1 同步控制器设计 261
10.2.2 实验验证 263
10.3 本章小结 266
参考文献 266
第11章 电液负载模拟器的自适应速度同步复合控制 267
11.1 自适应速度同步复合控制思想 267
11.2 自适应速度同步控制器设计 269
11.2.1 舵机和加载系统的速度频域模型 269
11.2.2 速度同步控制器结构 270
11.2.3 基本概念与相关定理 272
11.2.4 主要结论 273
11.3 仿真研究 276
11.3.1 基于AMESim/Simulink的联合仿真环境 276
11.3.2 多余力仿真 278
11.3.3 动态加载仿真 281
11.4 实验验证 284
11.4.1 多余力实验 285
11.4.2 动态加载实验 287
11.5 本章小结 290
参考文献 291
第12章 电液负载模拟器自适应鲁棒控制 292
12.1 电液负载模拟器自适应鲁棒非线性控制 292
12.1.1 系统模型与问题描述 292
12.1.2 自适应鲁棒力控制器设计 294
12.1.3 仿真验证 298
12.2 电液负载模拟器高动态自适应鲁棒输出反馈控制 302
12.2.1 系统模型与问题描述 302
12.2.2 自适应鲁棒力控制器设计 303
12.2.3 实验验证 308
12.3 电液负载模拟器自适应鲁棒反步控制 314
12.3.1 系统模型与问题描述 314
12.3.2 自适应鲁棒反步力控制器设计 314
12.4 本章小结 320
参考文献 320
第13章 电液负载模拟器静态加载摩擦补偿 321
13.1 基于动态摩擦模型的非线性鲁棒控制 321
13.1.1 系统模型与问题描述 321
13.1.2 控制器设计 324
13.1.3 实验验证 328
13.2 基于光滑LuGre模型的自适应鲁棒控制与摩擦补偿 332
13.2.1 系统模型与问题描述 332
13.2.2 控制器设计 333
13.2.3 仿真验证 336
13.3 本章小结 339
参考文献 339