Passivity-Based Control of Euler-Lagrange Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Ortega, Romeo (EDT)

出品人:

页数:543

译者:

出版时间:

价格:153

装帧:HRD

isbn号码:9781852330163

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《柔性机械系统的动力学与控制：基于先进反馈理论的新视角》 图书简介 本书深入探讨了复杂机械系统，特别是那些具有显著柔性和非线性特征的系统的建模、分析与控制问题。我们的核心目标是为研究人员、工程师和高级学生提供一个全面且深入的资源，用以理解和驾驭这些系统在实际应用中面临的挑战。全书结构严谨，从基础理论出发，逐步过渡到前沿的控制策略设计，旨在搭建理论深度与工程实用性之间的桥梁。 第一部分：柔性机械系统动力学基础 本部分奠定了理解后续控制策略所需的基础。我们首先回顾了经典刚体动力学的局限性，随后引入了描述柔性结构行为的拉格朗日变分原理和欧拉-泊松方程。重点分析了如何有效地对连续体系统进行离散化，特别是采用模态分析方法来提取系统的固有振动特性。 我们详细阐述了柔性关节、柔性连杆和柔性接触在工业机器人、航空航天结构和仿生机械中引入的复杂耦合效应。书中提供了多种精确的动力学建模技术，包括有限元法（FEM）的简化应用，以及基于能量函数的建模方法，以确保模型的物理一致性和计算可行性。特别关注了几何非线性（如大变形效应）与材料非线性（如粘弹性、滞后现象）对系统动态响应的影响。 第二部分：非线性系统分析与反馈线性化 在动力学模型建立的基础上，本书转向分析系统的固有非线性特性。我们深入探讨了李雅普诺夫稳定性理论在评估非线性系统长期行为中的核心作用。内容涵盖了局部稳定性和全局稳定性的判据，以及一致最终有界性（UUB）的分析工具。 随后，本书详细介绍了微分几何方法在机械系统控制中的应用，特别是输入-输出线性化（Feedback Linearization）。我们系统地推导了实现完全反馈线性化的必要条件和充分条件，并分析了当系统存在零动力学（Zero Dynamics）时，如何处理内部稳定性问题。此外，我们还探讨了部分反馈线性化在处理具有未被操纵的内部动态或输出非线性时的实用性。这部分内容强调了在实际工程中，如何处理由于模型不确定性或外部扰动导致的线性化误差。 第三部分：先进自适应与鲁棒控制策略 这是本书的核心创新部分，聚焦于如何设计能够在模型不确定性和外部干扰下保证性能的控制器。 自适应控制： 针对系统参数（如质量、惯量、摩擦系数）的未知性，我们详细介绍了基于梯度下降法和基于误差的参数估计的自适应律。重点分析了纯粹的基于模型的自适应控制（MRAC）的设计流程，以及如何利用参考模型来确保闭环系统的鲁棒性能。书中还引入了基于切换机制的自适应控制，用以应对系统动力学结构的不确定性。 鲁棒控制： 我们超越了传统的PID控制，系统地介绍了$mathcal{H}_{infty}$ 控制的设计流程。通过三角化和LMI（线性矩阵不等式）方法，我们展示了如何保证闭环系统对有界范数的扰动具有最优的衰减性能。针对系统中的不确定性常表现为范数约束的外部扰动，我们提供了详细的滑模控制（SMC）设计指南，包括如何有效设计滑模面和克服滑模抖振现象的策略，如利用边界层技术和高阶滑模（HOSM）。 第四部分：基于观测器的状态估计与补偿 在许多实际应用中，系统的所有状态（如柔性关节的角度、速度甚至弹性力）无法直接测量。本部分致力于状态观测器的设计。 我们首先回顾了卡尔曼滤波（KF）及其在线性系统中的最优估计作用。随后，针对机械系统的强非线性，我们详细介绍了扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在处理高阶非线性系统时的精度提升。书中还讨论了专门用于非线性系统状态估计的非线性观测器，如高增益观测器和Luenberger型观测器的设计原则。特别强调了在柔性系统中，如何通过观测器准确估计难以测量的柔性变形和弹性力，并将其反馈到控制器中以提高控制精度。 第五部分：实验验证与案例分析 最后一部分将理论与实践相结合。我们提供了两个详细的案例研究： 1. 高精度柔性并联机构的轨迹跟踪控制： 重点展示了如何结合模型减缩技术、鲁棒$mathcal{H}_{infty}$控制和状态观测器，以应对高频振动和模型参数误差，实现亚毫米级的跟踪精度。 2. 仿生多足机器人的步态稳定与柔顺交互： 探讨了如何利用反馈线性化来解耦步行机构的内环控制，同时利用滑模控制策略来处理与环境接触时产生的冲击力和非线性接触力矩，实现安全、高效的交互。 本书旨在通过严谨的数学推导和详尽的工程实例，使读者不仅掌握柔性机械系统的分析工具，更能熟练运用现代控制理论来解决复杂的实际工程难题。本书的侧重点在于如何主动设计具有特定鲁棒性或自适应性能的反馈控制器，而非仅仅被动地分析系统的固有特性。

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《Passivity-Based Control of Euler-Lagrange Systems》这个书名，仿佛一扇通往控制理论深邃世界的门，它精准地指向了Euler-Lagrange系统这一经典而又充满挑战的研究领域，以及一种独具慧眼——基于“被动性”的控制方法。长久以来，我们都在努力理解和驾驭各种复杂的动态系统，而Euler-Lagrange方程提供了一个普适的框架来描述它们的运动规律。本书正是抓住了这一核心，并聚焦于“Passivity-Based Control”，这是一种以系统能量的消耗或存储为基本出发点的控制策略。这种方法的美妙之处在于，它往往能够提供比模型精确控制更强的鲁棒性，尤其是在面对模型不确定性、外部扰动以及参数变化时。我能够想象，本书的开篇很可能会详细回顾Euler-Lagrange系统的基础知识，包括其拉格朗日算子、动能和势能的表达，以及最终的运动方程。随后，重点将转向“被动性”的概念，它可能涉及存储函数的定义，能量的流入与流出，以及如何通过这些概念来分析系统的稳定性。我特别期待书中能够详细阐述如何构建一个合适的能量函数，以及如何利用这一函数来设计一个能够使系统趋于稳定状态的控制器。对于我这样的从业者来说，理论的严谨推导是基础，但更重要的是如何将这些理论转化为实际可操作的控制算法。因此，我渴望看到书中能够提供一些关于具体算法的设计步骤，甚至是一些仿真示例，来展示这种控制方法的威力，以及它在实际工程问题中的应用前景。

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《Passivity-Based Control of Euler-Lagrange Systems》——这个书名，毫不夸张地说，击中了我在控制理论领域长久以来探索的痛点和兴趣点。Euler-Lagrange系统，作为描述经典力学系统动力学行为的通用框架，其应用范围之广、理论基础之深厚，足以让任何一位控制领域的学者为之着迷。而“Passivity-Based Control”，则是一种我一直以来都认为具有独特魅力和巨大潜力的控制策略。它绕过了对系统模型参数的过度依赖，而是聚焦于系统固有的能量耗散特性，从而实现对系统更深层次的理解和更鲁棒的控制。我设想，本书将以严谨的逻辑，首先详细介绍Euler-Lagrange系统的建立过程，包括广义坐标的选择，以及如何通过拉格朗日方程导出系统的运动学方程。随后，它将深入探讨“被动性”这一核心概念，包括存储函数的定义、性质以及它在系统稳定性分析中的关键作用。我非常期待书中能够详细讲解如何巧妙地利用被动性原理来设计控制器，例如如何设计能量函数，如何注入耗散，以及如何通过这些手段来保证系统的稳定性，甚至实现高性能的跟踪控制。对于我这样的工程实践者来说，理论的价值体现在其应用能力。因此，我热切盼望书中能提供丰富的应用案例，例如如何将Passivity-Based Control应用于复杂机器人臂的动态控制、飞行器的精确导航，或是其他具有挑战性的工程问题。这些案例将为我提供宝贵的实践指导，并启发我将这些理论转化为实际的解决方案。

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这本书的名字《Passivity-Based Control of Euler-Lagrange Systems》本身就散发着一种严谨而深刻的气息，让我对接下来的阅读充满了期待。作为一名在自动化和控制领域摸爬滚打了多年的工程师，我深知Euler-Lagrange系统的重要性，它们几乎贯穿了从机器人学到航空航天，再到精密机械等几乎所有复杂动态系统的建模和分析。而“Passivity-Based Control”，这个词组更是直接点明了本书的核心研究方向——一种基于系统能量耗散特性的控制方法。这种方法以其内在的鲁棒性和稳定性保证，在很多传统控制方法失效或难以实施的情况下，展现出强大的生命力。想象一下，如果我们能够深刻理解并巧妙地利用系统的“被动性”，将能量的流动导向我们期望的稳定状态，那么就能设计出更加高效、可靠且对外界干扰不那么敏感的控制器。这本书的标题似乎承诺了这一点，它将带领读者深入探索这一迷人的控制理论。我不禁开始想象书中的内容：或许会从Euler-Lagrange系统的基本动力学方程入手，详细阐述能量函数、存储函数以及系统耗散结构等核心概念。接着，它可能会逐步引入被动性的定义，并讨论不同类型的被动性，例如严格被动性，以及它们对系统稳定性的影响。我甚至可以想象到书中会通过大量的例子来阐释这些理论，比如如何为一个机械臂设计一个基于被动性的轨迹跟踪控制器，或者如何为一个无人飞行器设计一个能够抵抗风扰的稳定系统。对于我这样的实践者来说，理论的清晰阐述固然重要，但更关键的是如何将其转化为实际可操作的控制算法。因此，我非常期待书中能够包含详细的算法推导过程，甚至可能是一些仿真或者实验验证的案例，能够让我亲身感受到这种控制方法的强大之处。

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《Passivity-Based Control of Euler-Lagrange Systems》——书名中所蕴含的“Passivity-Based Control”和“Euler-Lagrange Systems”这两个关键词，立刻吸引了我的注意。Euler-Lagrange系统，作为描述经典力学系统运动规律的核心框架，在机器人学、机械动力学等领域有着举足轻重的地位。而“Passivity-Based Control”则是一种以能量的视角来设计控制器的强大工具，它以其内在的鲁棒性和稳定性保证，在处理复杂非线性系统时展现出独特的优势。我预期本书会从Euler-Lagrange系统的基础理论出发，详细阐述如何通过拉格朗日方程建立系统的动力学模型。接着，它会深入挖掘“被动性”这一核心概念，包括能量函数、存储函数以及系统耗散结构等关键要素。我非常好奇书中会如何具体地介绍如何利用这些概念来设计控制器，例如如何通过增加系统的能量耗散来保证系统的稳定性，或者如何设计控制器来使得系统在受到外部扰动时依然能够保持稳定。对于我这样的研究者而言，理论的严谨性和可操作性同等重要。因此，我期待书中能够提供详细的算法推导过程，并且通过一些具体的应用案例来展示Passivity-Based Control在实际问题中的有效性。例如，如何将这种控制方法应用于机器人手臂的精确控制，或者如何应用于飞行器的姿态稳定。如果书中还能提供一些关于如何选择和调整控制器参数的建议，那将更加具有指导意义。

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《Passivity-Based Control of Euler-Lagrange Systems》这个标题，瞬间就点燃了我内心深处对精密控制的渴望。Euler-Lagrange系统，作为经典力学和现代控制理论的基石，其模型的精确性在很大程度上决定了我们能够达到的控制性能。而“Passivity-Based Control”，则是一种我一直以来都认为极具潜力的控制范式。它不依赖于对系统模型参数的绝对精确掌握，而是巧妙地利用了系统固有的能量耗散特性，来保证控制系统的稳定性。我推测，本书的篇幅会详细阐述Euler-Lagrange系统的基本框架，包括广义坐标、广义力以及如何通过拉格朗日方程推导出系统的动力学方程。紧接着，它应该会深入探讨“被动性”的定义，从能量的视角来审视系统，理解系统如何存储和耗散能量。我相信，书中会花大量的篇幅来讲解如何构建恰当的能量函数（存储函数），以及如何通过控制器的设计，使得闭环系统的总能量随着时间的推移而单调下降，从而实现系统的稳定。对于我这样的应用型研究者来说，最吸引人的部分莫过于如何将这些理论转化为实际的控制策略。因此，我非常期待书中能够提供具体的控制器设计流程，并辅以生动的实例，例如如何为一个机械臂设计一个基于被动性的轨迹跟踪控制器，或者如何为一个动态平衡的装置设计一个鲁棒的稳定性控制器。若本书能包含一些关于如何处理实际工程中常见的非线性和不确定性的讨论，那就更完美了。

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《Passivity-Based Control of Euler-Lagrange Systems》——这个书名，如同一个精准的定位，直接锁定了我在控制理论研究中最感兴趣的方向之一。Euler-Lagrange系统，作为描述力学系统运动的优雅数学框架，其普适性和强大功能毋庸置疑，广泛应用于几乎所有涉及动力学建模的领域。而“Passivity-Based Control”，则是一种我一直以来都对其潜力深感着迷的控制范式。它不同于传统的模型精确控制，而是巧妙地利用系统的内在能量耗散特性，来实现鲁棒且稳定的控制。我预想，本书将首先会详细回顾Euler-Lagrange系统的基础知识，包括广义坐标、拉格朗日方程的推导过程，以及系统的动能与势能的表达。之后，它将聚焦于“被动性”的概念，深入探讨如何通过能量函数（存储函数）来刻画系统的被动性，以及被动性与系统稳定性之间的内在联系。我特别期待书中能够详细阐述如何基于被动性原理设计出各类控制器，例如如何通过注入能量耗散来镇定系统，或者如何设计能够实现轨迹跟踪的被动性控制器。对于我这样倾向于将理论应用于实际的工程师来说，光有理论是不够的。因此，我非常希望书中能够包含一些精心设计的实例，展示Passivity-Based Control在实际Euler-Lagrange系统中的应用，比如机器人动力学控制、航天器姿态控制等。这些实例将为我理解理论的精髓、指导实际工程实践提供 invaluable insights。

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《Passivity-Based Control of Euler-Lagrange Systems》——仅仅是书名，就足以让我感受到一种严谨的学术氛围和前沿的研究方向。Euler-Lagrange系统，作为经典力学中描述复杂动力学系统的通用框架，其数学模型简洁而强大，广泛应用于机器人、航空航天、机械工程等众多领域。而“Passivity-Based Control”，则是一种以系统能量的视角来设计控制器的独特方法，其核心在于利用系统的内在能量耗散特性来保证稳定性。我猜想，本书的开篇会深入浅出地介绍Euler-Lagrange系统的基本概念，包括拉格朗日算子、动能、势能以及由此推导出的运动方程。随后，它会重点阐述“被动性”这一关键理论，包括如何定义系统的被动性，如何构建能量函数（存储函数），以及被动性如何与系统的稳定性相联系。我非常期待书中能够详细讲解如何基于被动性原理设计出各类控制器，例如如何通过注入能量耗散来镇定系统，或者如何设计能够实现轨迹跟踪的被动性控制器。对于我这样的实践者来说，理论的深入理解是基础，但更重要的是如何将这些理论转化为实际可操作的控制算法。因此，我热切地希望书中能够包含一些具有启发性的应用实例，例如如何将Passivity-Based Control应用于多自由度机器人、无人机或特种车辆等复杂的Euler-Lagrange系统。这些实例将有助于我更好地理解控制器的设计流程，并激发我在实际工程中应用这种方法的信心。

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“Passivity-Based Control of Euler-Lagrange Systems”——这个书名所揭示的，是一个关于复杂系统控制的深刻洞察。Euler-Lagrange系统，在我看来，是描述物理世界中各种动态过程的通用语言，从宏观的机器人运动到微观的分子动力学，都可以在这个框架下得到统一的描述。而“Passivity-Based Control”，则是一种我一直深感好奇且极具潜力的控制策略，它不依赖于对系统模型的精确了解，而是巧妙地利用系统固有的能量耗散特性来保证系统的稳定性。我推测，本书的开篇将致力于构建扎实的理论基础，详细介绍Euler-Lagrange系统的动力学建模，包括如何定义广义坐标、拉格朗日函数，并最终推导出系统的运动方程。随后，本书的重点将自然地转向“被动性”的核心概念。我期待书中能够深入阐述能量函数、存储函数以及耗散结构等关键要素，并详细说明它们在稳定性分析和控制器设计中的作用。更让我兴奋的是，我希望书中能提供清晰的设计流程，展示如何从系统的被动性出发，构建出能够实现期望控制目标的控制器。对于我这样的实践者而言，理论的学习最终要服务于实际应用。因此，我热切期盼书中能够包含一些经典的、具有启发性的应用案例，比如如何将Passivity-Based Control应用于无人机的稳定控制、水下机器人的运动控制，甚至是生物医学工程中的力反馈控制。这些案例将极大地帮助我理解理论的实际意义，并为我未来的研究和开发提供宝贵的启示。

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“Passivity-Based Control of Euler-Lagrange Systems”——这个书名本身就带着一种强大的科学引力。Euler-Lagrange系统，我一直认为它是描述机械动力学系统最优雅、最普适的语言之一。从机器人学到天体动力学，几乎所有涉及物体运动和力的相互作用的系统，都可以被纳入这个框架进行分析。而“Passivity-Based Control”，则是一种我一直深信不疑的、具有内在鲁棒性和稳定性的控制哲学。它不是简单地去“压制”系统的误差，而是利用系统自身的“能量耗散”特性，引导系统走向期望的状态。我设想，这本书将以其特有的深度，首先会详细梳理Euler-Lagrange系统的基本数学框架，确保读者对广义坐标、动能、势能以及最终的运动方程有清晰的认识。然后，它会自然而然地过渡到“被动性”这一核心概念，深入剖析能量函数、存储函数以及系统耗散结构的重要性。我尤其期待书中能够详细阐述如何利用这些概念来设计控制器，例如通过“能量塑形”或者“耗散注入”等方法，来达到期望的稳定性和性能。对于我这样的研究者而言，理论的构建固然重要，但将理论转化为解决实际问题的能力更是关键。因此，我十分期盼书中能够包含一些精心设计的案例研究，展示如何将Passivity-Based Control应用于具体的Euler-Lagrange系统，比如复杂的串联机器人、飞行器姿态控制，甚至是一些生物力学模型。这些案例能够帮助我更好地理解理论的精髓，并激发我在实际工程中应用这些方法的信心。

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这本书的书名《Passivity-Based Control of Euler-Lagrange Systems》让我眼前一亮，因为它触及了我一直以来非常感兴趣的一个控制理论分支。Euler-Lagrange系统，作为描述力学系统动力学行为的通用框架，其重要性不言而喻。无论是复杂的机器人手臂、精确的飞行器，还是微小的生物动力学模型，都可以在这个框架下进行有效地建模。而“Passivity-Based Control”则代表了一种将系统内在的能量耗散特性作为设计控制器的出发点的方法。这种控制范式，在我看来，是一种更加“自然”和“鲁棒”的控制方式，因为它直接利用了系统本身的物理规律，而不是完全依赖于精确的系统模型。我猜想，本书会深入探讨如何从Euler-Lagrange方程出发，识别系统的被动性，并在此基础上设计出保证系统稳定性和鲁棒性的控制器。想象一下，本书可能会详细介绍能量函数的设计、存储函数的可行性分析，以及如何通过注入能量耗散来稳定系统。我非常好奇书中会如何处理那些并非严格被动的系统，以及如何通过一些巧妙的控制策略来“强制”其表现出被动性。我期待书中能够提供一套清晰的设计流程，帮助读者理解从系统建模到控制器设计的整个过程。此外，对于任何控制工程师来说，理论的严谨性固然重要，但最终的目的是实现实际的控制效果。因此，我非常希望本书能够包含一些实际的应用案例，例如如何将这种控制方法应用于复杂的机器人系统，如何处理非线性、时变或者存在不确定性的Euler-Lagrange系统。如果书中能够提供一些关于实现和调试的技巧，那将更是锦上添花。

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