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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