本書系統地介紹了控制理論尤其是現代控制理論的基礎知識及其在車輛工程中的套用。內容包括狀態空間法，線性系統的可控性與可觀測性，穩定性，最優控制，隨機系統控制，以及這些理論在車輛主動懸架、制動防抱死系統（ABS）、四輪轉向（4WS）、自動駕駛等領域中的套用。
本書可作為高等院校車輛工程專業、載運工具運用工程專業、交通運輸專業以及相關專業的高年級本科生或研究生教材，也可供車輛、交通運輸等有關行業的工程技術人員閱讀參考。
基本介紹
- 書名：車輛控制理論基礎及套用
- ISBN：9787502595340
- 出版社：化學工業出版社
- 出版時間：2007-1-1
基本信息,目錄,
基本信息
作 者：張孝祖 主編
版 次：1頁 數：202字 數：323000 印刷時間：2007-1-1開 本：紙 張：膠版紙 印 次：
包 裝：平裝
目錄
第一章控制理論概述1
第一節控制理論的產生與發展1
第二節控制系統的基本概念2
一、系統的定義2
二、控制系統的分類3
三、控制系統的質量指標7
四、控制系統的設計步驟8
第三節經典控制理論與現代控制理論8
第二章狀態空間法11
第一節概述11
一、狀態空間法的提出11
二、幾個術語11
第二節系統的狀態空間表達式12
一、狀態方程和輸出方程的概念12
二、狀態空間表達式的建立16
第三節狀態方程的解22
一、連續型線性定常系統齊次方程的解22
二、矩陣指數函式的計算25
三、連續型線性定常系統非齊次方程的解29
四、連續型系統的離散化30
五、線性時變系統狀態方程的解31
第四節傳遞函式矩陣與系統交連的解耦36
一、由狀態空間表達式確定單輸入單輸出系統的傳遞函式36
二、多輸入多輸出系統的傳遞函式矩陣37
三、閉環系統的傳遞函式矩陣37
四、多輸入多輸出系統的解耦問題38
習題40
第三章線性系統的可控性與可觀測性43
第一節概述43
一、為了實現最優控制必須使系統具有可控性和可觀測性43
二、經典控制理論中沒有提出可控性與可觀測性問題43
三、狀態空間法提出了可控性與可觀測性的問題43
四、舉例44
第二節可控性45
一、可控性的定義45
二、線性定常系統可控性判別的第一種方法45
三、線性定常系統可控性判別的第二種方法49
四、線性定常系統的輸出可控性50
第三節可觀測性51
一、可觀測性的定義51
二、線性定常系統可觀測性的判別方法52
第四節可控標準形與可觀測標準形55
一、可控標準形與可觀測標準形的形式55
二、可控標準形的可控性57
三、可觀測標準形的可觀測性61
第五節極點配置62
一、可控系統的特徵方程62
二、狀態反饋63
第六節狀態觀測器65
一、實現閉環控制需要狀態觀測器65
二、狀態觀測器的設計66
三、帶狀態觀測器的閉環控制系統69
四、降維觀測器72
習題75
第四章李雅普諾夫穩定性分析77
第一節李雅普諾夫關於穩定性的定義77
一、狀態向量的平衡狀態及球域77
二、李雅普諾夫的穩定性定義78
三、關於李雅普諾夫穩定性定義的討論79
第二節李雅普諾夫直接法79
一、什麼是李雅普諾夫直接法79
二、李雅普諾夫直接法80
第三節線性定常系統的穩定性分析83
第一節控制理論的產生與發展1
第二節控制系統的基本概念2
一、系統的定義2
二、控制系統的分類3
三、控制系統的質量指標7
四、控制系統的設計步驟8
第三節經典控制理論與現代控制理論8
第二章狀態空間法11
第一節概述11
一、狀態空間法的提出11
二、幾個術語11
第二節系統的狀態空間表達式12
一、狀態方程和輸出方程的概念12
二、狀態空間表達式的建立16
第三節狀態方程的解22
一、連續型線性定常系統齊次方程的解22
二、矩陣指數函式的計算25
三、連續型線性定常系統非齊次方程的解29
四、連續型系統的離散化30
五、線性時變系統狀態方程的解31
第四節傳遞函式矩陣與系統交連的解耦36
一、由狀態空間表達式確定單輸入單輸出系統的傳遞函式36
二、多輸入多輸出系統的傳遞函式矩陣37
三、閉環系統的傳遞函式矩陣37
四、多輸入多輸出系統的解耦問題38
習題40
第三章線性系統的可控性與可觀測性43
第一節概述43
一、為了實現最優控制必須使系統具有可控性和可觀測性43
二、經典控制理論中沒有提出可控性與可觀測性問題43
三、狀態空間法提出了可控性與可觀測性的問題43
四、舉例44
第二節可控性45
一、可控性的定義45
二、線性定常系統可控性判別的第一種方法45
三、線性定常系統可控性判別的第二種方法49
四、線性定常系統的輸出可控性50
第三節可觀測性51
一、可觀測性的定義51
二、線性定常系統可觀測性的判別方法52
第四節可控標準形與可觀測標準形55
一、可控標準形與可觀測標準形的形式55
二、可控標準形的可控性57
三、可觀測標準形的可觀測性61
第五節極點配置62
一、可控系統的特徵方程62
二、狀態反饋63
第六節狀態觀測器65
一、實現閉環控制需要狀態觀測器65
二、狀態觀測器的設計66
三、帶狀態觀測器的閉環控制系統69
四、降維觀測器72
習題75
第四章李雅普諾夫穩定性分析77
第一節李雅普諾夫關於穩定性的定義77
一、狀態向量的平衡狀態及球域77
二、李雅普諾夫的穩定性定義78
三、關於李雅普諾夫穩定性定義的討論79
第二節李雅普諾夫直接法79
一、什麼是李雅普諾夫直接法79
二、李雅普諾夫直接法80
第三節線性定常系統的穩定性分析83
一、線性定常系統漸近穩定的充要條件83
二、線性定常系統的李雅普諾夫定理84
三、離散型系統的李雅普諾夫穩定性分析87
第四節動態系統瞬時回響的快速性87
一、表示動態系統瞬時回響快速性的指標——η87
二、線性定常系統η的計算88
第五節非線性系統的穩定性分析89
第六節尋找李雅普諾夫函式的變數梯度法90
一、有關場論的一些基本概念91
二、變數梯度法92
習題95
第五章最優控制96
第一節概述96
第二節最優控制問題的提法和數學模型97
一、最優控制問題的實例97
二、性能指標98
三、約束條件100
四、最優控制問題的一般提法101
五、最優控制問題的求解方法101
第三節變分法101
一、從幾個實例引出變分問題101
二、一次變分與歐拉方程103
三、含有多個未知函式的變分問題105
四、條件極值的變分問題107
五、變分學中的直接方法（里茲法）110
第四節龐特里亞金極大值原理111
一、極大值原理112
二、套用舉例114
第五節具有二次型性能指標的線性系統的最優控制119
一、二次型性能指標及其涵義120
二、線性調節器問題的解120
三、含有交叉項的二次型最優控制124
四、離散系統二次型最優控制124
五、舉例125
習題129
第六章車輛懸架的控制技術132
第一節懸架系統概述132
一、懸架的作用132
二、被動懸架、主動懸架、半主動懸架及其特點132
三、懸架系統性能的評價指標136
第二節懸架的固有特性136
一、懸架的不變性方程136
二、懸架特性的不變點137
三、懸架性能指標間的制約關係138
第三節車輛懸架的最優控制142
一、懸架模型的狀態空間表達式142
二、線性定常系統的李雅普諾夫定理84
三、離散型系統的李雅普諾夫穩定性分析87
第四節動態系統瞬時回響的快速性87
一、表示動態系統瞬時回響快速性的指標——η87
二、線性定常系統η的計算88
第五節非線性系統的穩定性分析89
第六節尋找李雅普諾夫函式的變數梯度法90
一、有關場論的一些基本概念91
二、變數梯度法92
習題95
第五章最優控制96
第一節概述96
第二節最優控制問題的提法和數學模型97
一、最優控制問題的實例97
二、性能指標98
三、約束條件100
四、最優控制問題的一般提法101
五、最優控制問題的求解方法101
第三節變分法101
一、從幾個實例引出變分問題101
二、一次變分與歐拉方程103
三、含有多個未知函式的變分問題105
四、條件極值的變分問題107
五、變分學中的直接方法（里茲法）110
第四節龐特里亞金極大值原理111
一、極大值原理112
二、套用舉例114
第五節具有二次型性能指標的線性系統的最優控制119
一、二次型性能指標及其涵義120
二、線性調節器問題的解120
三、含有交叉項的二次型最優控制124
四、離散系統二次型最優控制124
五、舉例125
習題129
第六章車輛懸架的控制技術132
第一節懸架系統概述132
一、懸架的作用132
二、被動懸架、主動懸架、半主動懸架及其特點132
三、懸架系統性能的評價指標136
第二節懸架的固有特性136
一、懸架的不變性方程136
二、懸架特性的不變點137
三、懸架性能指標間的制約關係138
第三節車輛懸架的最優控制142
一、懸架模型的狀態空間表達式142
二、主動懸架系統可控性與可觀測性144
三、主動懸架的最優控制145
第七章控制理論在汽車防抱死制動系統中的套用149
第一節概述149
第二節ABS系統的原理150
一、輪胎與地面的相互關係150
二、單輪車輛制動模型151
三、ABS系統的結構151
第三節ABS的控制算法154
一、邏輯門限值控制155
二、PID控制158
三、滑模變結構控制159
第四節現代控制理論在ABS中的套用162
一、防抱死制動系統的狀態空間描述162
二、最優控制系統設計164
三、計算實例164
第八章汽車四輪轉向系統的控制技術167
第一節四輪轉向系統概述167
一、4WS汽車的原理和特點167
二、四輪轉向系統的控制169
三、四輪轉向控制技術發展趨勢171
第二節4WS汽車模型及轉向特性分析172
一、4WS汽車模型的建立172
二、4WS汽車操縱穩定性分析173
三、4WS汽車的回響特性175
第三節汽車4WS系統的最優控制176
一、4WS模型的狀態空間表達式176
二、4WS系統可控性與可觀測性177
三、4WS的最優控制178
第九章隨機控制系統的基本理論及其套用182
第一節隨機控制系統的數學模型182
第二節隨機最優估計問題183
一、離散系統的簡化數學模型183
二、離散系統的簡化噪聲特性184
三、卡爾曼濾波的遞推公式184
四、卡爾曼濾波的穩定性187
五、卡爾曼濾波公式的證明188
六、當考慮輸入量U時的離散卡爾曼濾波191
七、連續系統的卡爾曼濾波191
第三節隨機最優控制問題194
一、已知條件194
二、需要解決的問題195
三、解決的途徑195
四、套用舉例196
第四節汽車自動駕駛系統的控制198
習題200
參考文獻202
三、主動懸架的最優控制145
第七章控制理論在汽車防抱死制動系統中的套用149
第一節概述149
第二節ABS系統的原理150
一、輪胎與地面的相互關係150
二、單輪車輛制動模型151
三、ABS系統的結構151
第三節ABS的控制算法154
一、邏輯門限值控制155
二、PID控制158
三、滑模變結構控制159
第四節現代控制理論在ABS中的套用162
一、防抱死制動系統的狀態空間描述162
二、最優控制系統設計164
三、計算實例164
第八章汽車四輪轉向系統的控制技術167
第一節四輪轉向系統概述167
一、4WS汽車的原理和特點167
二、四輪轉向系統的控制169
三、四輪轉向控制技術發展趨勢171
第二節4WS汽車模型及轉向特性分析172
一、4WS汽車模型的建立172
二、4WS汽車操縱穩定性分析173
三、4WS汽車的回響特性175
第三節汽車4WS系統的最優控制176
一、4WS模型的狀態空間表達式176
二、4WS系統可控性與可觀測性177
三、4WS的最優控制178
第九章隨機控制系統的基本理論及其套用182
第一節隨機控制系統的數學模型182
第二節隨機最優估計問題183
一、離散系統的簡化數學模型183
二、離散系統的簡化噪聲特性184
三、卡爾曼濾波的遞推公式184
四、卡爾曼濾波的穩定性187
五、卡爾曼濾波公式的證明188
六、當考慮輸入量U時的離散卡爾曼濾波191
七、連續系統的卡爾曼濾波191
第三節隨機最優控制問題194
一、已知條件194
二、需要解決的問題195
三、解決的途徑195
四、套用舉例196
第四節汽車自動駕駛系統的控制198
習題200
參考文獻202
