●第1章 緒論 1
1.1 優選控制的產生 1
1.2 優選控制的特點 1
1.3 優選控制的發展及其主要分支 2
1.4 優選控制的前景與展望 3
第2章 很優控制 4
2.1 概述 4
2.2 變分法及其在很優控制的應用 5
2.2.1 很優控制問題 5
2.2.2 變分法的基本概念 6
2.2.3 固定端點的變分問題 8
2.2.4 可變端點的變分問題 12
2.2.5 應用變分法求解很優控制問題 13
2.3 極大值原理 21
2.3.1 自由末端的極大值原理 21
2.3.2 極大值原理的幾種具體形式 22
2.3.3 Bang-Bang 控制原理 25
2.3.4 時間很優控制問題 28
2.4 線性二次型很優控制問題 32
2.4.1 概述 32
2.4.2 線性連續繫統狀態調節器問題 33
2.4.3 無限時間線性定常連續繫統狀態調節器問題 36
2.4.4 線性連續繫統輸出調節器問題 38
2.4.5 線性連續繫統跟蹤器問題 40
2.5 基於四旋翼飛行器的LQR 控制方法應用 42
2.5.1 四旋翼飛行器基礎知識 43
2.5.2 四旋翼飛行器數學模型建立 44
2.5.3 四旋翼飛行器的LQR 控制應用 48
2.5.4 四旋翼飛行器的LQR 控制仿真實驗 51
第3章 迭代學習控制 55
3.1 概述 55
3.2 基本原理 56
3.3 迭代學習控制的基本結構 57
3.4 迭代學習律 58
3.4.1 PID 型學習律 58
3.4.2 高階學習律 58
3.4.3 很優學習律 59
3.4.4 前饋-反饋迭代學習律 59
3.4.5 遺忘算子迭代學習律 59
3.4.6 其他迭代學習控制算法 60
3.5 學習算法的收斂性 60
3.5.1 D 型學習律收斂性分析 60
3.5.2 P 型學習律收斂性分析 63
3.5.3 PID 型學習律收斂性分析 64
3.5.4 學習律收斂性分析方法 65
3.6 初始值問題 66
3.6.1 固定初值偏差 66
3.6.2 初值在一定範圍內變化問題 69
3.6.3 任意初值問題 71
3.7 學習速度問題 73
3.8 魯棒性問題 74
3.9 迭代學習控制的改進 75
3.10 迭代學習在掃描探針顯微鏡控制中的應用 75
3.10.1 掃描探針顯微鏡 75
3.10.2 掃描探針顯微鏡中的控制問題 75
3.10.3 迭代學習控制器的設計 76
3.10.4 實驗與結果分析 78
第4章 重復控制 83
4.1 概述 83
4.2 重復控制的基本原理 84
4.3 重復控制器組成結構及其各部分的功能 85
4.3.1 濾波器Q(z)及改進型內模 85
4.3.2 周期延遲環節 Z-N 86
4.3.3 補償器C(z) 86
4.4 重復控制繫統性能分析 90
4.4.1 穩定性 90
4.4.2 誤差收斂速度 92
4.4.3 穩態誤差 93
4.5 重復控制在有源濾波器控制中的應用 94
4.5.1 APF 工作原理與數學模型 94
4.5.2 APF 電流控制環路的重復控制器設計 95
4.5.3 實驗結果 100
第5章 模型預測控制 101
5.1 概述 101
5.2 預測控制的基本思想與結構 101
5.2.1 基本思想 101
5.2.2 預測模型 102
5.2.3 滾動優化 103
5.2.4 反饋校正 103
5.3 模型算法控制 104
5.3.1 預測模型 104
5.3.2 反饋校正 105
5.3.3 參考軌跡設定 105
5.3.4 很優控制 106
5.4 動態矩陣控制 106
5.4.1 預測模型 107
5.4.2 滾動優化 108
5.4.3 反饋校正 109
5.4.4 參數選擇與品質分析 110
5.5 狀態反饋預測控制 111
5.5.1 基本原理 111
5.5.2 增量算法 113
5.5.3 算法特點 114
5.6 模型預測控制在逆變器控制中的應用 114
5.6.1 T 型三電平逆變器簡介 115
5.6.2 控制問題描述 118
5.6.3 三電平逆變器的有限控制集模型預測控制 119
5.6.4 實驗及分析 122
第6章 滑模變結構控制 126
6.1 概述 126
6.2 變結構控制理論基礎 126
6.2.1 相平面分析方法 126
6.2.2 線性繫統的相軌跡 128
6.2.3 奇點和奇線 132
6.2.4 結構的定義 134
6.3 變結構控制繫統基本概念 135
6.3.1 變結構繫統的定義 135
6.3.2 滑動模態變結構的概念和定義 135
6.3.3 變結構控制繫統設計關鍵問題與目標 136
6.4 滑動模態的存在條件與滑動模態方程 137
6.4.1 滑動模態的存在條件 137
6.4.2 滑動模態方程 138
6.5 滑模變結構控制的抖振問題 139
6.5.1 抖振現像 139
6.5.2 削弱抖振的方法 139
6.6 滑模變結構控制繫統設計 141
6.6.1 滑模變結構控制的定義 141
6.6.2 滑模變結構控制的品質 142
6.6.3 滑模變結構控制設計步驟 143
6.7 滑模變結構控制在壓電陶瓷定位控制中的應用 143
6.7.1 壓電陶瓷 143
6.7.2 壓電陶瓷中的控制問題 143
6.7.3 滑模控制器的設計 145
6.7.4 實驗結果與分析 149
第7章 模糊控制 153
7.1 概述 153
7.2 模糊數學基礎 154
7.2.1 模糊集合 154
7.2.2 模糊關繫 155
7.2.3 模糊語言 156
7.2.4 模糊推理 157
7.3 模糊控制的基本原理 160
7.3.1 模糊控制的基本思想 160
7.3.2 模糊控制的工作原理 161
7.4 模糊控制器設計 161
7.4.1 模糊控制器的基本結構 162
7.4.2 模糊控制器的結構設計 163
7.4.3 模糊控制器的常規設計 163
7.4.4 常規模糊控制器的優缺點 168
7.5 模糊控制器的改進方法 169
7.5.1 模糊比例控制器 169
7.5.2 模糊控制與PID 控制的結合 169
7.5.3 自校正模糊控制器 170
7.5.4 變結構模糊控制器 173
7.6 模糊控制在氫燃料電池溫度控制中的應用 173
7.6.1 氫燃料電池熱管理繫統介紹 174
7.6.2 變論域模糊增量控制器設計 176
7.6.3 實驗結果與分析 178
第8章 神經網絡控制 181
8.1 概述 181
8.2 神經網絡基礎理論 181
8.2.1 生 182
8.2.2 人 182
8.2.3 人工神經網絡 183
8.2.4 神經網絡的分類 184
8.2.5 神經網絡的學習算法 184
8.3 基於神經網絡的繫統辨識 186
8.3.1 神經網絡繫統辨識的原理 186
8.3.2 繫統正模型與逆模型的辨識 187
8.3.3 非線性繫統模型與辨識 188
8.4 神經網絡控制器設計 189
8.4.1 神經網絡監督控制 189
8.4.2 神經網絡直接逆動態控制 190
8.4.3 神經網絡自適應控制 190
8.4.4 神經網絡內模控制 192
8.4.5 神經網絡預測控制 192
8.4.6 神經網絡自適應評判控制 193
8.4.7 神經網絡混合控制 193
8.5 神經網絡控制在精密運動控制中的應用 193
8.5.1 光刻機運動平臺及其控制問題描述 194
8.5.2 神經網絡自適應控制器設計 195
8.5.3 實驗結果與分析 203
參考文獻 207

隨著現代工業和科技的快速發展，先進控制技術在各個領域得到了推廣和應用，已經成為當前控制領域的研究熱點，以及解決復雜繫統控制問題的重要工具。本書較為全面地介紹了先進控制技術的主要分支及其在科研及工程中的應用，主要內容包括很優控制、迭代學習控制、重復控制、模型預測控制、滑模變結構控制、模糊控制、神經網絡控制等的原理、控制繫統建模、繫統性能分析、控制器設計方面的理論知識以及相應應用案例。本書注重基礎理論、算法分析與工程應用相結合，突出如何運用理論知識解決復雜工程技術問題，對優選控制理論研究及工程應用都有很強的指導性作用。本書可作為控制科學與工程、儀器科學與技術、電氣工程等相關學科研究生課程教材，也可供相關專業的工程師及科研人員參考。