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第1章 绪论1

1.1 机器人控制方法简介1

1.1.1 机器人常用的控制方法1

1.1.2 不确定机器人系统的控制2

1.2 机器人动力学模型及其结构特性3

1.3 基于S函数的Simulink仿真4

1.3.1 S函数简介4

1.3.2 S函数使用步骤4

1.3.3 S函数的基本功能及重要参数设定4

1.3.4 S函数描述实例5

第2章 机械手PID控制7

2.1 机械手独立PD控制7

2.1.1 控制律设计7

2.1.2 收敛性分析7

2.1.3 仿真实例8

2.2 基于重力补偿的机械手PD控制12

2.2.1 控制律设计12

2.2.2 控制律分析12

2.3 基于模型补偿的机械手PD控制13

2.3.1 系统描述13

2.3.2 控制器的设计13

2.3.3 仿真实例14

参考文献20

第3章 机械手神经网络自适应控制21

3.1 一种简单的RBF网络自适应滑模控制21

3.1.1 问题描述21

3.1.2 RBF网络原理22

3.1.3 控制算法设计与分析22

3.1.4 仿真实例23

3.2 基于RBF网络逼近的机械手自适应控制27

3.2.1 问题的提出27

3.2.2 基于RBF神经网络逼近的控制器28

3.2.3 针对f（x）中各项分别进行神经网络逼近31

3.2.4 仿真实例33

参考文献42

第4章 机械手模糊自适应控制43

4.1 单力臂机械手直接自适应模糊控制43

4.1.1 问题描述43

4.1.2 模糊控制器的设计44

4.1.3 自适应律的设计44

4.1.4 仿真实例46

4.2 单力臂机械手间接自适应模糊控制52

4.2.1 问题描述52

4.2.2 自适应模糊滑模控制器设计53

4.2.3 稳定性分析54

4.2.4 仿真实例56

4.3 单级倒立摆的监督模糊控制63

4.3.1 模糊系统的设计64

4.3.2 模糊监督控制器的设计64

4.3.3 稳定性分析65

4.3.4 仿真实例66

4.4 基于模糊补偿的机械手自适应模糊控制73

4.4.1 系统描述73

4.4.2 基于传统模糊补偿的控制74

4.4.3 基于模型信息已知的模糊补偿控制76

4.4.4 仿真实例78

4.5 基于线性矩阵不等式的单级倒立摆T-S模糊控制102

4.5.1 基于LMI的T-S型模糊系统控制器设计102

4.5.2 LMI不等式的设计及分析103

4.5.3 不等式的转换105

4.5.4 LMI设计实例说明105

4.5.5 单级倒立摆的T-S模型模糊控制106

参考文献119

第5章 机械手迭代学习控制及重复控制121

5.1 迭代学习控制的数学基础121

5.1.1 矩阵的迹及初等性质121

5.1.2 向量范数和矩阵范数121

5.2 迭代学习控制方法介绍123

5.2.1 迭代学习控制基本原理123

5.2.2 基本的迭代学习控制算法123

5.2.3 迭代学习控制主要分析方法124

5.2.4 迭代学习控制的关键技术125

5.3 机械手轨迹跟踪迭代学习控制仿真实例126

5.3.1 控制器设计126

5.3.2 仿真实例126

5.4 线性时变连续系统迭代学习控制134

5.4.1 系统描述134

5.4.2 控制器设计及收敛性分析134

5.4.3 仿真实例136

5.5 任意初始状态下的迭代学习控制143

5.5.1 问题的提出143

5.5.2 控制器的设计143

5.5.3 仿真实例146

参考文献151

第6章 机械手反演控制152

6.1 简单反演控制器设计152

6.1.1 基本原理152

6.1.2 仿真实例153

6.2 单关节机械手的反演控制157

6.2.1 系统描述157

6.2.2 反演控制器设计158

6.2.3 仿真实例160

6.3 双耦合电机的反演控制163

6.3.1 系统描述163

6.3.2 反演控制器设计164

6.3.3 仿真实例166

参考文献169

第7章 机械手滑模控制170

7.1 机械手动力学模型及特性170

7.2 基于计算力矩法的滑模控制171

7.2.1 系统描述171

7.2.2 控制律设计171

7.2.3 仿真实例172

7.3 基于输入输出稳定性理论的滑模控制178

7.3.1 系统描述178

7.3.2 控制律设计178

7.3.3 仿真实例180

7.4 基于LMI的指数收敛非线性干扰观测器的控制186

7.4.1 非线性干扰观测器的问题描述186

7.4.2 非线性干扰观测器的设计186

7.4.3 LMI不等式的求解187

7.4.4 计算力矩法的滑模控制188

7.4.5 仿真实例189

7.5 欠驱动两杆机械臂Pendubot滑模控制200

7.5.1 Pendubot控制问题200

7.5.2 Pendubot机械臂建模200

7.5.3 Pendubot动力学模型203

7.5.4 Pendubot模型的分析205

7.5.5 滑模控制律设计206

7.5.6 闭环稳定性分析208

7.5.7 基于Hurwitz的参数设计209

7.5.8 仿真实例211

参考文献219

第8章 机械手自适应鲁棒控制220

8.1 单力臂机械系统的鲁棒自适应控制220

8.1.1 问题描述220

8.1.2 鲁棒模型参考自适应控制221

8.1.3 仿真实例222

8.2 二级倒立摆的H∞鲁棒控制228

8.2.1 系统的描述228

8.2.2 基于LMI的控制律的设计228

8.2.3 二级倒立摆系统的描述228

8.2.4 仿真实例229

参考文献237

第9章 机械手末端轨迹及力的连续切换滑模控制238

9.1 基于双曲正切函数切换的滑模控制238

9.1.1 双曲正切函数的特性238

9.1.2 仿真实例238

9.1.3 基于双曲正切函数的滑模控制239

9.1.4 仿真实例241

9.2 基于位置动力学模型的机械手末端轨迹滑模控制246

9.2.1 工作空间直角坐标与关节角位置的转换246

9.2.2 机械手在工作空间的建模248

9.2.3 滑模控制器的设计248

9.2.4 仿真实例250

9.3 基于角度动力学模型的机械手末端轨迹滑模控制257

9.3.1 机械手在工作空间的建模257

9.3.2 工作空间直角坐标与关节角位置的转换257

9.3.3 滑模控制器的设计257

9.3.4 仿真实例258

9.4 工作空间中双关节机械手末端的阻抗滑模控制268

9.4.1 问题的提出268

9.4.2 阻抗模型的建立269

9.4.3 滑模控制器的设计270

9.4.4 仿真实例271

9.5 受约束条件下双关节机械手末端力及关节角度的滑模控制282

9.5.1 问题的提出282

9.5.2 模型的降阶282

9.5.3 控制律的设计284

9.5.4 稳定性分析285

9.5.5 仿真实例285

参考文献292

第10章 重复控制基本原理及设计方法294

10.1 重复控制的基本原理294

10.1.1 重复控制的理论基础294

10.1.2 基本的重复控制系统结构295

10.1.3 基本重复控制系统稳定性分析295

10.1.4 仿真实例297

10.2 一种具有多路周期指令信号的数字重复控制299

10.2.1 系统的结构299

10.2.2 重复控制器的设计301

10.2.3 仿真实例303

参考文献306