内容简介
　　本书详细探讨了现代非线性控制系统的分析与设计技术，并提供了分析非线性控制系统的工具，主要内容包括相平面分析、描述函数分析、反馈线性化、滑模控制以及自适应控制等。另外，还提供了大量例题与习题，便于教学。

本书特点
　　●可读性　本书非常注意概念的仔细编排、结果的直观解释，以及数学工具的适当选择。所有主要概念与结果都用实例加以说明，只要读者学过初等控制理论、具备常微分方程与基本矩阵代数知识的数学基础，都很容易理解。
　　●实践性　选材与重点均是以使工程师和学生能够处理工业中的实际控制问题为目标，所选内容在一定意义上能使读者得到对解决实际问题的启示。
　　●综合性　本书既包括经典的内容（如李雅普诺夫方法、描述函数法等），又包括近代理论（如反馈线性化、自适应控制、滑模控制等）。为便于初学者阅读，一些较难的章节标记星号，可以不读。
　　●先进性　近年来，非线性控制领域取得许多新成果，尤其是在非线性系统控制设计及机器人方面。本书以清晰易懂的方式，表述了这些新的重要成果及其应用。

无

近年来，功能强而价格廉的微处理器的出现，极大地推动了非线性控制理论与应用的发展。在理论方面，最主要的进步表现在反馈线性化、滑模控制和非线性自适应技术。在应用方面，许多实际的非线性控制系统，包括从数字遥控飞行器到遥控驾驶汽车等得到很大发展,并被应用于先进机器人及太空系统等。这使得非线性控制在自动控制工程中占有越来越大的比例，并成为控制工程师必不可少的一部分基础。
　　本书是在麻省理工学院相关课程教学基础上形成的。它既可作为高年级本科学生及研究生的教材，也可以作为现场工程师的自学参考。其目的是给出现代非线性控制的基本理论结果，同时将数学的复杂性减到最小，而且给出理论结果在实际非线性控制系统设计中的应用。虽然本书的主要目的在于给出非线性控制的近期发展，但对经典方法(如相平面分析及描述函数法等)也作了介绍，因为它们在实际中仍有其重要性。
　　为达到我们的基本目的，本书具有如下一些特点：
　　●可读性。为增强可读性，特别注意概念的仔细编排、结果的直观解释，以及数学工具的适当选择。要求读者应学过初等控制课程，掌握常微分方程与基本矩阵代数等数学基础知识。对于新结论，更强调其本意，而不是其数学推导。对于每个主要结论，我们力图回答以下几个关键问题：结论的直观和物理意义是什么？如何将其应用于实际问题？与其他理论的关系是什么？所有主要概念与结论都有例子加以说明。我们认为通过例子来学习和总结，对熟练应用任何理论结果都是至关重要的。
　　●实践性。选材与重点以使工程师和学生能够处理实际控制问题为目标，所选内容在一定意义上能使学生得到对解决实际问题的启示。同时，本书略过了那些更侧重于理论的问题。
　　●综合性。本书既包括经典理论的内容，如李雅普诺夫方法、描述函数法等，也包括现代控制理论，如线性反馈、自适应控制、滑模控制等。为便于阅读，在某些较难的章节标题上打了星号，读者在第一次阅读时，可略过它们，这并不影响阅读。
　　●先进性。近年来，非线性控制领域有许多新成果，特别是在非线性系统控制设计及机器人方面。本书的主要目的之一就是以清晰易懂的方式，讲述这些新的重要成果以及它们的应用。因此本书可作为这些领域的一本参考书和相关文献的指南。
　　本书分为两个主要部分。第2~5章给出研究非线性系统的主要的分析工具。第6~9章讨论主要的非线性控制器设计技术。每章配有习题，使学生能进一步理解。对讨论内容，书末附有详细索引与参考书目。
　　本书内容超过一个学期课程的教学内容，也难以在短时间内自学完成。因而本书可以根据学生或老师的实际兴趣而以不同方式使用。我们的建议是：初学应包括第3章(李雅普诺夫理论基础)，45~47节(Barbalat引理与无源性方法),61节及62~64节的一部分(反馈线性化),第7章(滑模控制)，81~83节、85节(线性系统与非线性系统的自适应控制)和第9章(多输入物理系统控制)。而所有打星号(*)的章节在初读时都可略去。
　　许多同事、学生和朋友为本书进行过激烈的讨论并提出批评建议。Karl Hedrick给我们热情的鼓励及许多重要的评论和建议。与Karl Astrm 及Semyon Meerkov的交流讨论，帮助我们确定了本书的基调与数学水平。Harry Asada、Jo Bentsman、Marika DiBenedetto、Olav Egeland、Neville Hogan、Marija Ilic、Lars Nielsen、Ken Salisbury、Sajhendra Singh、Mark Spong、David Wormley、Dana Yoerger给了许多有意义的建议与支持。书中的插图多由Barbara Hove所作。Günter Niemeyer以其经验与热心，帮助设立计算机与Word环境。Hyun Yang帮忙作了大量仿真。他们3人在技术和编辑上做了大量贡献。麻省理工学院许多学生的热情和兴趣也使本书受益多多。
　　本书第一作者为完成本书得到了Gordon基金的支持。最后还要感谢PrenticeHall出版社的Time Bozik和Jennifer Wenzel热情而专业的工作。

JeanJacques ESlotine
Weiping Li

第1章概论
11为什么需要研究非线性控制
12非线性系统的性态
13本书的安排
14注释与参考
第一部分非线性系统分析
第2章相平面分析
21相平面分析的概念
211相图
212奇异点
213相平面图的对称性
22构造相图
23由相图确定时间
24线性系统的相平面分析
25非线性系统的相平面分析
26极限环的存在
27小结
28注释与参考
29习题
第3章李雅普诺夫理论基础
31非线性系统与平衡点
32稳定的概念
33线性化与局部稳定性
34李雅普诺夫直接方法
341正定函数与李雅普诺夫函数
342平衡点定理
343不变集理论
35基于李雅普诺夫直接方法的系统分析
351线性时不变系统的李雅普诺夫分析
352Krasovskii方法
353待定梯度法
354由物理概念产生的李雅普诺夫函数
355性能分析
36基于李雅普诺夫直接方法的控制设计
37小结
38注释与参考
39习题
第4章高级稳定性理论
41非自治系统的稳定性概念
42非自治系统的李雅普诺夫分析
421非自治系统的李雅普诺夫直接方法
422线性时变系统的李雅普诺夫分析
*423非自治系统的线性化方法
*43不稳定性定理
*44李雅普诺夫函数的存在性
45用Barbalat引理作类李雅普诺夫分析
451函数及其导数的渐近性质
452Barbalat引理
46正线性系统
461正实和严格正实传递函数
462KalmanYakubovich引理
463正实传递矩阵
47无源性形式论
471块组合
472线性系统的无源性
*48绝对稳定性
*49建立信号的有界性
*410解的存在性和惟一性
411小结
412注释与参考
413习题
第5章描述函数分析
51描述函数基础
511一个描述函数分析的例子
512应用范围
513基本假设
514基本定义
515描述函数的计算
52控制系统中常见的非线性特性
53常见非线性特性的描述函数
54非线性系统的描述函数分析
541奈奎斯特准则及其扩展
542极限环的存在性
543极限环的稳定性
544描述函数分析的可靠性
55小结
56注释与参考
57习题
第二部分非线性控制系统设计
第6章反馈线性化
61直观概念
611反馈线性化及其标准形
612输入—状态线性化
613输入—输出线性化
62数学工具
63单输入—单输出系统的输入—状态线性化
64单输入—单输出系统的输入—输出线性化
*65多输入系统
66小结
67注释与参考
68习题
第7章滑模控制
71滑动曲面
711记号简化
*712等价动态的菲力波夫（Filippov）构造
713在一定代价下的完美性能
714切换控制规律的直接应用
72切换控制规律的连续逼近
73建模/性能之间的权衡
*74多输入系统
75小结
76注释与参考
77习题
第8章自适应控制
81自适应控制中的基本概念
811为什么需要自适应控制
812什么是自适应控制
813如何设计自适应控制器
82一阶系统的自适应控制
83线性系统全状态反馈自适应控制
84线性系统输出反馈自适应控制
841具有相对阶为1的线性系统
842具有高相对阶的线性系统
85非线性系统自适应控制
86自适应控制系统的鲁棒性
*87在线参数估计
871线性参数化模型
872基于误差预测的估计方法
873梯度估计器
874标准最小二乘估计器
875具有指数遗忘的最小二乘法
876有界增益遗忘
877结论和执行问题
88复合自适应
89小结
810注释与参考
811习题
第9章多输入物理系统控制
91机器人学概述
911位置控制
912轨线控制
92自适应机器人轨线控制
921基本算法
*922复合自适应轨线控制93物理概念在控制中的应用
931高频未建模动态
932守恒与耗散动态
933从机器人设计得到的启发
94航天器控制
941航天器模型942飞行姿态控制
95小结
96注释与参考
97习题
参考文献
索引

非线性系统的控制理论是系统与控制理论的一个重要组成部分，它之所以重要，是由于实际系统本质上都是非线性的，而线性只是一种近似。随着高新技术的发展，人们需要更多地考虑全局问题，并且对系统控制提出更高的精度要求，这使我们必须面对系统的非线性本质。同时，从学科发展来看，它在理论上更具有挑战性。
　　然而，非线性系统的控制理论也是控制理论中较艰深的一部分。它用的数学工具比较多，如拓扑学、微分动力系统及微分流形等。因此，对于许多工程师和工科院校学生来讲，理解起来有一定困难，这直接影响了这些理论的应用。
　　本书由美国麻省理工学院Slotine教授和Li教授编写，被美国许多高等院校采用，作为系统控制专业高年级本科生及研究生的教材或参考书。
　　本书具有以下几个特点：
　　1)强调基本概念和基本方法，而不注重理论证明。这使读者更容易了解问题的实质，掌握解决非线性控制问题的基本工具。因此，它特别适合初学者。
　　2)强调工程应用，书中有大量例子，它们不仅有利于理解基本理论，而且也是对控制设计的具体应用的范例。
　　3)要求的数学预备知识较少，掌握微积分、线性代数、常微分方程及初等控制知识的工科院校学生即可读懂。
　　4)书中配有大量的习题，包括思考、计算和仿真练习。
　　因此，本书不仅适于作为高等院校非线性控制课程的高年级本科生和研究生教材，也适于自学，还可以作为控制专业科研人员在非线性控制方面的参考书。
　　本书由中国科学院系统所程代展教授主笔翻译，参加本书翻译工作的还有郭宇骞、朱亚红、钟江华等。中国科学院系统所秦化淑教授对全书的翻译作了校阅。本书的翻译工作得到机械工业出版社华章分社编辑的指导和帮助，特此感谢。

程代展
于中国科学院系统所