本書系統地介紹了廣義機器人系統的幾種先進控制方法，是著者科研團隊（包括國內外同行）近年來從事科研工作的**成果。本書分別以懸架、輪式移動機器人、單擺等廣義機器人系統為例，闡述了基于高增益觀測器的輸出反饋控制器的設計方法、理論和仿真實驗。本書共8章，介紹了控制器設計方法的研究背景、存在的問題，并介紹了廣義機器人系統的動力學模型和狀態空間表達式的建立，以及具有狀態時滯、驅動器時滯、傳感器時滯的非線性系統關于輸出反饋控制等多種控制技術的設計方法，每種方法都給出了理論推導和仿真實驗。 本書內容新穎，前后具有內在聯系，且所介紹的控制方法較為先進，適合從事控制理論與應用、自動化控制、計算機控制等領域研究工作的學者、技術人員閱讀，也可作為高等院校相關專業人員的教學、科研參考書。本書封面貼有清華大學出版社防偽標簽，無標簽者不得銷售。
本書按照新形態立體化教材方式編寫，配有微課視頻等立體化資源，有在線慕課。
從世界上第一臺遙控機械手誕生至今已有70多年。隨著計算機、自動控制理論與技術的發展和各行各業的需要，機器人從可編程示教型發展到自主控制型，又發展到現在的智能型。作為機器人的核心部分，機器人控制器在機器人的發展中起到了關鍵性的作用。目前，人工智能、計算機、傳感器以及其他相關學科的快速進步促使機器人研究的水平逐漸提高，人們對機器人控制技術的要求也逐漸提高，因此，傳統機器人控制方法存在的問題亟待改善和替代，如傳統機器人控制方法較為單一，不適應網絡化機器人的工況以及缺少對網絡環境因素的考慮和處理。
本書與已出版的關于機器人書籍的專業研究角度有所不同，本書所研究的機器人工作環境增添了對網絡化影響因素的分析，并根據最新的研究成果總結出適合于網絡工況和影響因素的先進機器人控制方法。本書專注于對廣義機器人系統中高增益觀測器的設計和輸出反饋控制方法的介紹，如無源控制、擴展高增益觀測器設計、驅動器等帶有時滯的輸出反饋控制器設計等，這些方法和技術是近年先進、前沿和研究深入的理論成果，因此，本書的出版是一項有意義的工作。
本書包括以下具體研究內容。
（1） 使用基于內模的最優減振控制策略來解決具有作動器時滯的線性汽車懸架的減振控制問題。
（2） 解決在參考輸入下具有多時滯系統的非線性最優振動控制問題，包括控制時滯、狀態時滯、輸出時滯和測量時滯，并且利用四分之一汽車懸架模型進行仿真驗證。
（3） 針對汽車懸架模型設計區域輸入狀態穩定和指數穩定的輸出反饋控制器的方法。
（4） 解決具有控制時滯的線性輪式移動機器人系統的建模與跟蹤控制問題。
（5） 解決具有控制時滯的非線性輪式移動機器人的跟蹤控制器設計問題。
（6） 提出一種用于具有傳感器時滯和控制時滯的非線性輪式移動機器人運動模型的非線性控制器設計方法。
（7） 運用無源性和嚴正實理論，為具有非線性輸出的系統設計了高增益觀測器及輸出反饋控制器。
本書具有內容新穎、方法先進以及將系統性與前沿性相結合等特點。語言敘述通俗易懂，編寫形式具有內在聯系，便于讀者獨立思考和理解；理論與仿真實驗相結合，有利于研究型和應用型讀者的參考與使用。
本書的研究工作受到了國家自然科學基金（No. 61364012）、山東省自然科學基金（No. ZR2019MF052）和泰山學院學術著作出版基金的資助。在此由衷地感謝基金評審專家和工作人員對課題組研究工作的信任，感謝課題組成員多年堅持不懈的努力，感謝為此研究提供了無私幫助的國內外同事，感謝清華大學出版社為此書的編輯和出版提供了巨大的支持。
由于著者水平有限，書中難免存有紕漏之處，敬請讀者提出寶貴意見。
著者
2023年2月
雷靖，2010年畢業于中國海洋大學，獲得計算機控制與仿真方向的工學博士。畢業后任職于云南民族大學講師、副教授、碩士研究生導師；2013年9月至2017年7月在美國密歇根州立大學與H.K. Khalil教授合作研究；2017年7月至今為泰山學院數學與統計學院教授。主要研究方向為時滯、非線性系統控制理論與應用。主持完成國家自然科學基金（61364012）、國家公派專項出國留學項目（201208535084、202008370103）、國家協同育人項目4項、山東省自然科學基金（ZR2019MF052）和云南省自然科學基金（2011FZ169）、廳級項目5項。
第1章具有作動器時滯的線性汽車懸架系統基于內模的最優減振控制1
11最優減振控制問題的形成1
111汽車懸架系統建模1
112隨機路面擾動分析3
113最優減振控制問題的形成4
12最優減振控制律5
13仿真實驗6
14小結8
第2章多時滯系統非線性最優內模控制及其在汽車懸架的應用9
21問題形成9
211系統描述9
212內模構造11
213問題描述13
22非線性內模控制器設計13
23汽車懸架中的應用14
231系統描述14
232路面擾動16
233控制器設計17
234仿真實驗18
24小結20
第3章基于擴展高增益觀測器的主動懸架輸出反饋控制21
31系統建模21
32控制器設計23
321狀態反饋控制23
322輸出反饋下的RISS28
33小結36
第4章具有控制時滯的輪式移動機器人系統建模與最優跟蹤控制37
41狀態空間表達式37
411WMR系統37
412跟蹤誤差系統40
42最優跟蹤控制器設計41
43仿真實驗42
44小結44
第5章具有控制時滯的輪式移動機器人系統反饋線性化跟蹤預測控制45
51狀態空間表達式建模45
511目標路徑45
512跟蹤誤差系統46
52非線性預測跟蹤控制47
53仿真實驗48
54小結52
第6章具有傳感器時滯和控制時滯的輪式移動機器人系統預測跟蹤控制53
61狀態空間表達式建模53
611目標路徑53
612跟蹤誤差系統54
62預測跟蹤控制器設計55
63仿真實驗57
64小結62
第7章非線性輸出系統基于無源性的高增益觀測器輸出反饋控制63
71系統描述64
72估計誤差65
721尺度估計誤差系統65
722估計誤差的畢竟有界性和指數穩定性68
723無源性和嚴正實條件71
73輸出反饋的性能恢復性74
74仿真實驗76
741狀態反饋76
742非線性測量77
743估計誤差的吸引域79
744高增益觀測器輸出反饋80
75使用引理75和引理76的比較82
76小結84
第8章結論85
參考文獻87
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