非線性系統(tǒng)控制理論在控制類專業(yè)課程中占有重要學(xué)科地位，是自動化類專業(yè)本科生和研究生知識體系結(jié)構(gòu)中的必要組成部分。本書旨在介紹非線性控制系統(tǒng)的基本知識、基礎(chǔ)理論、分析和設(shè)計方法，培養(yǎng)讀者具備分析和解決非線性控制問題的能力。本書可以作為普通高等院校自動化專業(yè)及其他相關(guān)專業(yè)研究生和高年級本科生的教材，也可以作為從事自動控制的工程技術(shù)人員的參考書。本書中的大部分內(nèi)容是編著者近年來在北京航空航天大學(xué)和曼徹斯特大學(xué)講授相關(guān)課程的授課內(nèi)容。除此之外，部分內(nèi)容是編著者在非線性系統(tǒng)控制理論和應(yīng)用領(lǐng)域的研究成果。本書提供的習(xí)題是編著者在相關(guān)課程中使用過的考試題目。
本書分為 11 章：第 1 章為非線性系統(tǒng)簡介，簡單介紹非線性系統(tǒng)的定義和典型的非線性現(xiàn)象；第 2 章為狀態(tài)空間模型，介紹非線性系統(tǒng)狀態(tài)空間描述和二階非線性系統(tǒng)的基本分析方法，主要介紹相軌跡分析方法；第 3 章為描述函數(shù)法，介紹二階非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析和設(shè)計方法，用于系統(tǒng)穩(wěn)定性分析以及極限環(huán)的存在性判定；第 4 章為穩(wěn)定性，介紹非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念和判定方法；第 5 章為現(xiàn)代穩(wěn)定性理論，介紹嚴(yán)格正實系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與設(shè)計方法，包括絕對穩(wěn)定性和輸入狀態(tài)穩(wěn)定性等概念，以及圓判據(jù)、小增益定理等方法；第 6 章為反饋線性化，介紹反饋線性化方法的基本原理和設(shè)計步驟；第7 章為線性系統(tǒng)自適應(yīng)控制，介紹線性系統(tǒng)模型參考自適應(yīng)控制方法的基本原理和設(shè)計步驟；第 8 章為非線性觀測器，介紹非線性系統(tǒng)的幾類典型觀測器設(shè)計方法，包括幾種類型的全維觀測器、降維觀測器，以及自適應(yīng)觀測器；第 9 章為反步設(shè)計，介紹反步法的基本原理和設(shè)計方法，以及觀測器反步法、濾波變換反步法和自適應(yīng)反步法；第 10 章為擾動抑制與輸出調(diào)節(jié)，介紹基于輸出反饋的非線性系統(tǒng)干擾抑制方法；第 11 章為非線性控制應(yīng)用案例，介紹兩類典型的非線性控制系統(tǒng)設(shè)計方法。
本書旨在使用最小的篇幅盡可能高效地介紹非線性系統(tǒng)控制理論的基本概念、基本分析與設(shè)計方法，在做到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐瑫r兼顧可讀性和工程性，而并不是一本百科全書或者數(shù)學(xué)類教材。本書避免對于基本概念和基礎(chǔ)知識過分的引申和補(bǔ)充，也盡可能地減少過于煩瑣的證明。本書考慮了讀者可能具有不同專業(yè)背景，在內(nèi)容選擇和章節(jié)安排上可供不同專業(yè)或不同層次的教學(xué)使用。對于 48 學(xué)時的研究生非線性系統(tǒng)控制理論課程，可以全面講授第 1 ～ 9 章的內(nèi)容，以及第 10 章的部分內(nèi)容，如 10.1 節(jié)、10.2 節(jié)和 10.3 節(jié)，第 10 章的其他內(nèi)容和第 11 章可以作為本書主要理論內(nèi)容的延展和應(yīng)用案例。對于 32 學(xué)時的研究生課程，建議講授第 1 ～ 4 章，第 6 、7 、9 章，第 5、8 章的內(nèi)容可以作為選學(xué)內(nèi)容，第 10、11 章的內(nèi)容可以作為進(jìn)一步研究的參考和案例。對于高年級本科生的非線性系統(tǒng)課程，建
議講授第 1 ～ 4 章，第 6、9 章的部分內(nèi)容，其余內(nèi)容可以作為進(jìn)一步閱讀和研究的參考。
編著者要感謝所在的教學(xué)科研團(tuán)隊成員對本書的貢獻(xiàn)，尤其是博士生鄭葦江深度參與了本書大部分圖片的制作以及部分章節(jié)的排版工作，碩士生汪菊南參與了習(xí)題的錄入工作，非線性系統(tǒng)控制理論
碩士生胡琦幫助整理了 11.1 節(jié)的內(nèi)容。感謝機(jī)械工業(yè)出版社編輯吉玲女士參與多輪次的討論與給予的指導(dǎo)。本書編寫過程中還參考了其他專家學(xué)者編寫的相關(guān)教材和習(xí)題集，在此表示感謝。本書的編寫工作受到北京航空航天大學(xué)校級教材立項（編號 42020368）資助。由于編著者水平有限，加之時間倉促，書中可能存在缺點和錯誤之處，衷心希望和歡迎讀者批評指正。
編著者