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第1章 绪论 1

1.1 综述 1

1.2 水下航行器结构示例 4

1.2.1 螺旋桨原理 6

1.2.1.1 机翼 6

1.2.1.2 螺旋桨 8

1.2.2 商用水下航行器 9

1.3 航行器的运动学原理 10

1.3.1 载体运动坐标系的弗莱纳公式 11

1.3.2 平面上刚体运动的数学背景 15

1.3.2.1 转动矢量 16

1.3.2.2 转动坐标系下的向量表示 16

1.3.2.3 旋转坐标系的表示 17

1.3.2.4 群表示 17

1.3.2.5 齐次表示法 19

1.4 李群和李代数 20

1.4.1 矩阵群 20

1.4.2 李群 22

第2章 问题的数学描述和实例 25

2.1 非完整系统的运动规划 25

2.2 非完整约束 26

2.3 问题的描述 27

2.4 控制模型建模 28

2.5 可控性问题 29

2.6 稳定性 30

2.6.1 点的可控性和稳定性 30

2.6.2 关于轨迹的可控性与稳定性 31

2.6.3 近似线性化 31

2.6.4 精确反馈线性化 31

2.6.5 静态反馈线性化 32

2.6.6 动态反馈线性化 32

2.7 非完整系统的例子 33

第3章 数学模型和可控性分析 36

3.1 数学模型 36

3.1.1 运动学模型和非完整约束 36

3.1.2 相对全局坐标系的运动学模型 37

3.2 可控性分析 40

3.2.1 点的可控性分析 40

3.2.2 关于轨迹的可控性 42

3.3 链式模型 44

第4章 基于运动学模型的控制设计 48

4.1 轨迹跟踪和链式控制器设计 48

4.2 参考轨迹的生成 48

4.3 近似线性化控制 51

4.3.1 控制器仿真 54

4.3.2 近似线性化的MATLAB程序代码 59

4.4 基于状态和输入间转换的精确反馈线性化控制 70

4.4.1 基于静态反馈的精确反馈线性化控制 71

4.4.2 基于动态反馈的精确反馈线性化控制 72

4.4.3 控制器仿真 74

4.4.4 动态扩展MATLAB程序代码 79

4.5 点对点镇定 99

4.5.1 光滑时变反馈控制 99

4.5.2 幂形式 99

4.5.3 光滑时变反馈控制设计 100

4.5.4 控制器仿真 101

4.5.5 点镇定的MATLAB程序代码 105

第5章 基于动力学模型的控制设计 117

5.1 动力学建模 117

5.2 点镇定控制设计 118

5.2.1 基于反步法的状态反馈控制 118

5.2.2 光滑时变反馈控制 120

5.2.3 李雅普诺夫稳定性分析 121

5.2.4 动力学模型的控制 122

第6章 鲁棒反馈控制设计 125

6.1 基于运动学模型的鲁棒控制 125

6.1.1 不确定输入控制模型 126

6.1.2 基于李雅普诺夫递推设计法的鲁棒控制 127

6.2 基于动力学模型的鲁棒控制 130

6.2.1 鲁棒反步法：不匹配的不确定项 131

6.2.2 鲁棒控制：匹配的不确定项 134

6.2.3 鲁棒控制：两种不确定项同时存在 136

参考文献 138

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