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內(nèi)容簡(jiǎn)介

　　本書是一本圍繞最優(yōu)控制理論展開的實(shí)用指南，以深入淺出的方式介紹了最優(yōu)控制理論、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、線性二次型調(diào)節(jié)器（LQR）、模型預(yù)測(cè)控制（MPC）和卡爾曼濾波器以及它們之間的聯(lián)系，并展示了它們?cè)诰C合應(yīng)用中的使用方法與技巧。本書旨在為讀者提供全面而直觀的學(xué)習(xí)資源，同時(shí)將這些概念有機(jī)地應(yīng)用于實(shí)際控制問題。通過書中豐富的例子和詳細(xì)的代碼，讀者可以直接實(shí)踐和驗(yàn)證所學(xué)內(nèi)容，從而深化對(duì)這些理論的理解。本書的目標(biāo)讀者群體為自動(dòng)化類專業(yè)的本科生和研究生以及相關(guān)領(lǐng)域的科研人員。

作者簡(jiǎn)介

　　王天威（網(wǎng)名DR CAN）博士，機(jī)器人高級(jí)研發(fā)工程師2016年畢業(yè)于美國Clemson 大學(xué)機(jī)械工程系，獲博士學(xué)位，研究方向?yàn)閯?dòng)態(tài)系統(tǒng)與控制理論。攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表多篇SCl文章，擔(dān)任多個(gè)SCI期刊、會(huì)議，以及國家基金項(xiàng)目的評(píng)審工作。自2017年起在B站上制作控制理論相關(guān)視頻課程，涵蓋了控制專業(yè)本科與研究生的專業(yè)課程，包括現(xiàn)代控制理論、經(jīng)典控制理論、非線性控制理論、最優(yōu)化控制理論、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模與分析等。黃軍魁，博士，汽車電池電機(jī)熱管理系統(tǒng)仿真工程師。2019年畢業(yè)于美國Clemson 大學(xué)機(jī)械工程系，獲博士學(xué)位，研究方向?yàn)殡妱?dòng)汽車、混和動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)建模與控制理論應(yīng)用。

圖書目錄

目錄
第1章緒論
1.1動(dòng)態(tài)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)
1.2本書的內(nèi)容與特點(diǎn)
第2章數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
2.1線性時(shí)不變系統(tǒng)狀態(tài)空間方程的解
2.2連續(xù)系統(tǒng)離散化
2.2.1系統(tǒng)離散化的基本概念
2.2.2連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)空間方程離散化
2.3矩陣與向量的導(dǎo)數(shù)
2.3.1標(biāo)量方程對(duì)向量的導(dǎo)數(shù)
2.3.2向量方程對(duì)向量的導(dǎo)數(shù)
2.3.3常用的矩陣求導(dǎo)公式
2.3.4標(biāo)量方程對(duì)向量求導(dǎo)的鏈?zhǔn)椒▌t
2.3.5標(biāo)量方程對(duì)矩陣的導(dǎo)數(shù)
2.4向量矩陣求導(dǎo)的應(yīng)用——線性回歸
2.4.1解析解
2.4.2梯度下降法
2.5本章重點(diǎn)公式總結(jié)
第3章最優(yōu)控制的基本概念
3.1引子——獨(dú)輪車模型
3.1.1數(shù)學(xué)模型建立
3.1.2最優(yōu)控制場(chǎng)景分析
3.2最優(yōu)控制問題的組成與性能指標(biāo)
3.2.1最優(yōu)控制問題的組成
3.2.2常見的最優(yōu)控制問題
3.3控制問題構(gòu)建以及性能指標(biāo)的選擇
3.3.1平衡車控制
3.3.2無人機(jī)高度控制
3.4本章重點(diǎn)公式總結(jié)
第4章動(dòng)態(tài)規(guī)劃與線性二次型調(diào)節(jié)器
4.1貝爾曼最優(yōu)化理論
4.2數(shù)值方法
4.2.1問題提出——無人機(jī)高度控制
4.2.2暴力算法
4.2.3逆向分級(jí)求解方法
4.2.4動(dòng)態(tài)規(guī)劃查表法
4.2.5代碼分析與編程技巧
4.3解析方法——動(dòng)態(tài)規(guī)劃的遞歸關(guān)系
4.3.1動(dòng)態(tài)規(guī)劃的遞歸關(guān)系——離散系統(tǒng)
4.3.2離散型一維案例分析——動(dòng)態(tài)規(guī)劃遞歸算法
4.3.3動(dòng)態(tài)規(guī)劃的遞歸關(guān)系——連續(xù)系統(tǒng)
4.3.4連續(xù)型一維案例分析——HJB方程
4.4線性二次型調(diào)節(jié)器
4.4.1離散型線性二次型系統(tǒng)
4.4.2離散型一維案例分析——LQR方法
4.4.3連續(xù)型線性二次型系統(tǒng)
4.4.4連續(xù)型一維案例分析——LQR方法
4.4.5平衡車控制——連續(xù)系統(tǒng)案例分析
4.5軌跡追蹤問題分析
4.5.1問題提出——彈簧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)
4.5.2引入控制目標(biāo)誤差
4.5.3穩(wěn)態(tài)非零參考值控制
4.5.4輸入增量控制
4.5.5輸入增量控制——追蹤非常數(shù)參考值
4.6無人機(jī)控制案例分析
4.6.1模型與系統(tǒng)的建立
4.6.2無約束軌跡追蹤
4.6.3對(duì)輸入的約束
4.7本章重點(diǎn)公式總結(jié)
第5章模型預(yù)測(cè)控制
5.1模型預(yù)測(cè)控制的基本概念
5.2二次規(guī)劃問題
5.2.1無約束情況的解析解
5.2.2等式約束——拉格朗日乘數(shù)法
5.2.3不等式約束——數(shù)值方法與商業(yè)軟件
5.3模型預(yù)測(cè)控制推導(dǎo)——無約束調(diào)節(jié)問題
5.3.1線性離散系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)形式
5.3.2將性能指標(biāo)轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)形式
5.3.3無約束條件下的解析解
5.3.4一維案例分析——與LQR的比較
5.3.5一維案例分析——MPC控制器的反饋特性
5.4軌跡追蹤問題分析
5.4.1穩(wěn)態(tài)非零參考值控制
5.4.2輸入增量控制
5.5含有約束的模型預(yù)測(cè)控制
5.5.1約束轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)形式
5.5.2控制量和狀態(tài)變量上下限約束轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)形式
5.5.3案例分析——軟約束與硬約束的討論
5.6案例分析——無人機(jī)高度控制
5.6.1控制器的構(gòu)建與結(jié)果分析
5.6.2預(yù)測(cè)區(qū)間的影響
5.6.3采樣時(shí)間的選擇
5.7MPC的發(fā)展方向討論
5.8本章重點(diǎn)公式總結(jié)
第6章卡爾曼濾波器
6.1遞歸算法與數(shù)據(jù)融合
6.2概率論初步，數(shù)據(jù)融合與協(xié)方差矩陣
6.2.1連續(xù)型隨機(jī)變量的期望與方差
6.2.2正態(tài)分布
6.2.3測(cè)量誤差融合案例
6.2.4協(xié)方差與協(xié)方差矩陣——統(tǒng)計(jì)學(xué)直觀理解
6.2.5協(xié)方差與協(xié)方差矩陣——隨機(jī)變量
6.3線性卡爾曼濾波器推導(dǎo)
6.3.1卡爾曼濾波器的研究模型
6.3.2卡爾曼增益求解
6.3.3卡爾曼濾波器算法說明
6.4案例分析
6.4.1仿真測(cè)試準(zhǔn)備工作
6.4.2仿真結(jié)果與討論
6.4.3卡爾曼濾波器與MPC控制器的結(jié)合
6.5擴(kuò)展卡爾曼濾波器
6.5.1擴(kuò)展卡爾曼濾波器算法
6.5.2案例分析
6.6本章重點(diǎn)公式總結(jié)
附錄A代碼匯總與說明
參考文獻(xiàn)