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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。
本书可作为控制科学与工程、船舶与海洋工程等相关学科领域的研究生和科研工作者的参考用书。
张利军，男，博士，教授膊导，教育部新世纪优秀人才支持计划获得者。2003年毕业于中国科学院数学与系统科学研究院，获理学博士学位，现在西北工业大学航海学院工作。主要从事线性系统控制理论及在多智能体中的应用、人工智能与机器学习、信号处理中的理论问题等方面的教学与科研工作。担任国际杂志Intelligent Control and Automation编委、“美国数学评论”评论员、中国机械工业教育协会自动化分委员会委员。近几年，承担的科研项目包括国家973计划、国家自然科学基金、国防基础研究项目等10余项，其中主持6项。在国际著名杂志发表论文60余篇，20余篇被SCI收录，30余篇被EI收录。
前言第1章 绪论 1.1 背景描述 1.2 UUV的发展状况 1.2.1 国外发展状况 1.2.2 国内发展状况 1.3 UUV系统特性分析 1.4 UUV跟踪问题描述 1.5 UUV跟踪控制技术的国内外研究现状 1.5.1 国外研究现状 1.5.2 国内研究现状第2章 非线性控制理论相关的基本知识 2.1 非线性系统稳定性理论的基本知识 2.1.1 稳定性基本概念 2.1.2 拉萨尔不变原理和巴尔伯拉特引理 2.1.3 有界性与最终有界性 2.2 微分几何基础知识 2.3 广义预测控制理论的基本知识第3章 UUV建模与分析 3.1 UUV的六自由度模型 3.1.1 坐标系与运动参数定义 3.1.2 运动学模型 3.1.3 UUV的六自由度动力学方程 3.2 UUV特性分析 3.2.1 水平面运动特性分析 3.2.2 垂直面运动特性分析 3.2.3 区间约束特性分析 3.2.4 不对称性特性分析 3.3 UUV运动过程中扰动量分析 3.4 UUV硬件结构和控制仿真系统概述 3.4.1 UUV硬件结构 3.4.2 UUV路径跟踪控制仿真系统 3.5 UUV运动模型的操纵性仿真 3.5.1 水平面Z形机动 3.5.2 垂直面超越机动 3.5.3 空间螺旋运动第4章 UUV定深问题的自适应输出反馈控制设计 4.1 引言 4.2 UUV垂直面运动模型简化 4.3 自适应输出反馈控制器结构及稳定性分析 4.3.1 观测器设计 4.3.2 控制器设计及稳定性分析 4.4 仿真结果与分析 4.4.1 有效性验证 4.4.2 鲁棒性验证第5章 载体坐标系下UUV近水面路径跟踪控制设计 5.1 引言 5.2 近水面UUV动态模型 5.3 近水面UUV运动控制设计 5.4 稳定性分析 5.5 仿真结果与分析 5.5.1 有效性验证 5.5.2 鲁棒性验证第6章 带有输入时延的UUV远程预测控制设计 6.1 引言 6.2 问题描述和预备知识 6.3 系统的辨识 6.4 远程预测控制和稳定性分析 6.4.1 预测模型 6.4.2 预测误差系统的稳定性分析 6.4.3 远程预测控制器设计 6.4.4 数值仿真 6.5 UUV远程预测控制设计及稳定性分析 6.5.1 观测器设计 6.5.2 神经网络自适应控制器 6.5.3 鲁棒控制器设计 6.5.4 局部子系统稳定性分析 6.5.5 UUV远程预测控制 6.6 UUV运动控制仿真分析第7章 Serret-Frenet坐标系下UUV路径跟踪控制设计 7.1 引言 7.2 UUV动态模型 7.3 UUV运动学路径跟踪控制设计 7.4 UUV动力学路径跟踪控制设计 7.5 仿真结果与分析 7.5.1 直线参考路径 7.5.2 曲线参考路径第8章 基于自适应反步法的UUV空间路径点跟踪控制设计 8.1 引言 8.2 视线法导航方法简述 8.3 基于视线法的运动学误差方程 8.4 控制器设计 8.5 稳定性分析 8.6 UUV三维路径点跟踪控制仿真第9章 基于反步法的UUV三维路径跟踪控制设计 9.1 引言 9.2 基于虚拟向导的UUV运动学误差方程推导 9.2.1 UUV运动学误差方程推导 9.2.2 动力学方程 9.3 基于反步法的欠驱动UUV空间路径跟踪控制设计 9.3.1 UUV动力学稳定性分析 9.3.2 UUV运动学稳定性分析 9.4 闭环系统稳定性分析 9.5 UUV的三维路径跟踪控制实验设计及仿真 9.5.1 仿真实验设计问题描述 9.5.2 空间螺旋曲线的路径跟随控制仿真第10章 基于滤波反步法的UUV三维轨迹跟踪控制设计 10.1 引言 10.2 基于反步法的欠驱动UUV三维轨迹跟踪控制 10.2.1 控制目标 10.2.2 坐标变换 10.2.3 控制设计 10.2.4 稳定性分析 10.3 滤波反步法简述 10.3.1 滤波器设计 10.3.2 滤波反步法设计 10.4 基于滤波反步法的欠驱动UUV水平面轨迹跟踪控制 10.4.1 位置控制 10.4.2 偏航角控制 10.4.3 速度和偏航角速度控制 10.4.4 闭环系统稳定性分析 10.5 基于滤波反步法的欠驱动UUV三维轨迹跟踪控制 10.5.1 变量定义说明 10.5.2 横向速度和垂向速度有界性证明 10.5.3 控制器设计 10.5.4 UUV三维轨迹跟踪闭环系统稳定性分析 10.6 仿真实验分析 10.6.1 UUV水平面轨迹跟踪控制 10.6.2 UUV三维轨迹跟踪控制参考文献附录A附录B附录C
