本书是近些年作者在非线性控制理论以及水下航行器(UUV)运动控制理论方面研究成果的总结和提炼。内容由三部分组成：非线性控制理论基本概念和UUV运动控制原理；UUV平面运动控制非线性设计理论；UUV空间运动的非线性控制设计理论。本书大部分内容是对作者近年来发表的相关领域的学术论文的梳理，强调非线性控制理论在UUV运动控制问题中的探索和实践，突出理论性和前瞻性。
样章试读
目录
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前言
第1章 绪论 1
1.1 背景描述 1
1.2 UUV的发展状况 3
1.2.1 国外发展状况 3
1.2.2 国内发展状况 6
1.3 UUV系统特性分析 8
1.4 UUV跟踪问题描述 9
1.5 UUV跟踪控制技术的国内外研究现状 13
1.5.1 国外研究现状 13
1.5.2 国内研究现状 19
第2章 非线性控制理论相关的基本知识 25
2.1 非线性系统稳定性理论的基本知识 25
2.1.1 稳定性基本概念 25
2.1.2 拉萨尔不变原理和巴尔伯拉特引理 28
2.1.3 有界性与最终有界性 30
2.2 微分几何基础知识 31
2.3 广义预测控制理论的基本知识 34
第3章 UUV建模与分析 39
3.1 UUV的六自由度模型 39
3.1.1 坐标系与运动参数定义 39
3.1.2 运动学模型 40
3.1.3 UUV的六自由度动力学方程 42
3.2 UUV特性分析 51
3.2.1 水平面运动特性分析 52
3.2.2 垂直面运动特性分析 55
3.2.3 区间约束特性分析 57
3.2.4 不对称性特性分析 58
3.3 UUV运动过程中扰动量分析 58
3.4 UUV硬件结构和控制仿真系统概述 61
3.4.1 UUV硬件结构 61
3.4.2 UUV路径跟踪控制仿真系统 63
3.5 UUV运动模型的操纵性仿真 63
3.5.1 水平面Z 形机动 63
3.5.2 垂直面超越机动 64
3.5.3 空间螺旋运动 65
第4章 UUV定深问题的自适应输出反馈控制设计 67
4.1 引言 67
4.2 UUV垂直面运动模型简化 68
4.3 自适应输出反馈控制器结构及稳定性分析 70
4.3.1 观测器设计 70
4.3.2 控制器设计及稳定性分析 71
4.4 仿真结果与分析 77
4.4.1 有效性验证 78
4.4.2 鲁棒性验证 79
第5章 载体坐标系下UUV近水面路径跟踪控制设计 81
5.1 引言 81
5.2 近水面UUV动态模型 82
5.3 近水面UUV运动控制设计 83
5.4 稳定性分析 88
5.5 仿真结果与分析 91
5.5.1 有效性验证 92
5.5.2 鲁棒性验证 93
第6章 带有输入时延的UUV远程预测控制设计 95
6.1 引言 95
6.2 问题描述和预备知识 96
6.3 系统的辨识 100
6.4 远程预测控制和稳定性分析 104
6.4.1 预测模型 105
6.4.2 预测误差系统的稳定性分析 105
6.4.3 远程预测控制器设计 106
6.4.4 数值仿真 107
6.5 UUV远程预测控制设计及稳定性分析 109
6.5.1 观测器设计 110
6.5.2 神经网络自适应控制器 111
6.5.3 鲁棒控制器设计 112
6.5.4 局部子系统稳定性分析 112
6.5.5 UUV远程预测控制 115
6.6 UUV运动控制仿真分析 117
第7章 Serret-Frenet坐标系下UUV路径跟踪控制设计 121
7.1 引言 121
7.2 UUV动态模型 121
7.3 UUV运动学路径跟踪控制设计 124
7.4 UUV动力学路径跟踪控制设计 129
7.5 仿真结果与分析 135
7.5.1 直线参考路径 136
7.5.2 曲线参考路径 138
第8章 基于自适应反步法的UUV空间路径点跟踪控制设计 142
8.1 引言 142
8.2 视线法导航方法简述 142
8.3 基于视线法的运动学误差方程 145
8.4 控制器设计 147
8.5 稳定性分析 149
8.6 UUV三维路径点跟踪控制仿真 150
第9章 基于反步法的UUV三维路径跟踪控制设计 156
9.1 引言 156
9.2 基于虚拟向导的UUV运动学误差方程推导 157
9.2.1 UUV运动学误差方程推导 157
9.2.2 动力学方程 160
9.3 基于反步法的欠驱动UUV空间路径跟踪控制设计 160
9.3.1 UUV动力学稳定性分析 161
9.3.2 UUV运动学稳定性分析 163
9.4 闭环系统稳定性分析 164
9.5 UUV的三维路径跟踪控制实验设计及仿真 165
9.5.1 仿真实验设计问题描述 165
9.5.2 空间螺旋曲线的路径跟随控制仿真 166
第10章 基于滤波反步法的UUV三维轨迹跟踪控制设计 170
10.1 引言 170
10.2 基于反步法的欠驱动UUV三维轨迹跟踪控制 171
10.2.1 控制目标 172
10.2.2 坐标变换 173
10.2.3 控制设计 177
10.2.4 稳定性分析 180
10.3 滤波反步法简述 183
10.3.1 滤波器设计 183
10.3.2 滤波反步法设计 184
10.4 基于滤波反步法的欠驱动UUV水平面轨迹跟踪控制 186
10.4.1 位置控制 187
10.4.2 偏航角控制 190
10.4.3 速度和偏航角速度控制 191
10.4.4 闭环系统稳定性分析 191
10.5 基于滤波反步法的欠驱动UUV三维轨迹跟踪控制 192
10.5.1 变量定义说明 192
10.5.2 横向速度和垂向速度有界性证明 194
10.5.3 控制器设计 195
10.5.4 UUV三维轨迹跟踪闭环系统稳定性分析 201
10.6 仿真实验分析 202
10.6.1 UUV水平面轨迹跟踪控制 202
10.6.2 UUV三维轨迹跟踪控制 205
参考文献 208
附录A 220
附录B 221
附录C 224
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