? 本书主要介绍现代鲁棒控制理论的基本设计思想及其前沿领域的理论与套用成果，具体内容包括三个部分。第一部分介绍有关基础知识，包括数学基础、稳定性、有界性和收敛性的基本定理、具有不确定性的系统的描述方法以及鲁棒稳定与鲁棒性能準则的条件；第二部分介绍线性及非线性鲁棒控制的理论成果，其中线性鲁棒控制集中介绍以H∞控制以及μ设计等为代表的经典理论；非线性鲁棒控制则主要介绍鲁棒镇定和鲁棒L2设计，鲁棒自适应控制的基础理论与前沿成果；第三部分分别介绍上述理论成果在机械系统、电力及电力电子等系统中的设计实例。

本书可以作为自动控制和电气工程专业的研究生教材，也可供从事上述专业的科研人员和工程技术人员参考。

本书第1版作为自动控制和电气工程专业的研究生的鲁棒控制课程教材，同时也作为上述专业的科研人员和工程技术人员的参考书目，得到了读者们的普遍关注。应该说在介绍现代鲁棒控制理论和工程套用成果这两个方面，第1版更偏重于前者。自面世以来，鲁棒控制理论在电力系统中的套用又有了长足的进展。本书再版的动机，即是总结并介绍作者近5年来在这方面的最新成果，希望本书再版后能够实现两个目标： 一是基本理论与工程套用并重，从而使得“现代鲁棒控制理论与套用”名副其实；二是“电力系统套用”部分的介绍系统化或自成体系，即其内容能够覆盖当今电力系统鲁棒控制的各个层面。

本书是作为“现代电力系统丛书”的一册而再版的，为此我们倍感荣幸但又诚惶诚恐，而实现上述目标更是作者必须矢志完成的任务。本书第1版于2003年发行以来，虽然受到广泛关注，但有一个现象引起了我们的思考： 第1版的宗旨是为自动控制和电气工程两大领域的读者服务，而从本书数百次他引数据来看，绝大多数引用来自自控领域，而在电气工程领域的引用较少。这使我们意识到本书的确在电气工程方面有待加强，希望并相信本书的再版能够为提高我国电力系统学术水平、培养高层次人才作出贡献。

全书分为三个部分共11章。

第一部分包括第1章至第4章，主要介绍与鲁棒控制相关的基础知识。其中第1章是绪论，阐明现代鲁棒控制研究的背景和所要研究的问题；第2章介绍鲁棒控制的数学基础，主要包括?Lyapunov方程、Riccati方程和Hamilton-Jacobi-Bellman?方程等控制理论三大基本方程；第3章主要讨论稳定性基本概念及稳定性判据理论；第4章主要阐述具有不确定性的系统基本描述方法以及鲁棒控制的基本概念。

第二部分为第5章至第9章，主要介绍鲁棒控制的基本理论。其中第5章集中讨论在?H?∞?性能指标下如何设计反馈控制器，同时还概要介绍?μ?设计方法；第6章介绍非线性鲁棒控制理论的基础知识；第7章阐述基于无源性概念的鲁棒镇定控制器的设计方法；第8章主要讨论满足?L??2性能準则的反馈控制器的设计方法；第9章讨论不确定性可表示为未知参数线性函式情况下的自适应控制器设计方法。

现代鲁棒控制理论与套用（第2版）第三部分为第10章和第11章，主要讨论工程套用实例。其中第10章介绍线性鲁棒控制实例，包括汽车离合器变速控制和矿车速度控制两个机械系统，以及先进静止无功补偿器、可控串补和多机系统小扰动稳定分析等4个电力系统实例；第11章讨论非线性鲁棒控制实例，主要涉及大型同步发电机组励磁系统和大型水轮发电机组调速系统水门开度鲁棒控制器的设计问题，以及有源滤波器无源控制和超导储能设备与励磁的协调控制问题。

本书再版主要增加了下述内容： 第10章中增加了两个电力系统线性鲁棒控制实例，分别是电力系统小干扰稳定的?H?∞?分析和?μ?设计；第11章中增加了三个电力系统非线性鲁棒控制实例，分别为大型水轮发电机组水门开度非线性自适应控制、APF（有源滤波器）无源控制和超导储能设备与励磁非线性协调控制。这些新增的设计实例均是当前电力系统控制领域的热点问题。至此，本书第三部分内容覆盖了现代鲁棒控制理论在电力系统套用的主要场景。这使得本书不仅仅是一本讲授现代鲁棒控制理论的学术专着，也是广大电力控制工程技术人员学习如何将现代鲁棒控制理论套用于实际电力工程的有益的工具书。

感谢卢强院士，正是他的强力推荐和赏识，使得本书有幸以“现代电力系统丛书”中的一册再版。此外，本书再版新增添的研究内容得到国家自然科学杰出青年基金项目“电力系统暂态分析” (No.50525721）的资助，藉此机会向国家自然科学基金委谨致深深的谢意。同时这些成果还包括研究生莫逆、关天祺、桂小阳和陈菊明的学位论文的研究成果，在此也向他们深表谢意。

第1章绪论1

第2章数学基础8

2.1向量和矩阵的範数8

2.2矩阵奇异值12

2.3函式的範数16

2.4运算元及其範数20

2.5Lyapunov方程23

2.6Riccati方程28

2.7正实性34

2.8Hamilton-Jacobi-Bellman方程42

第3章稳定性47

3.1BIBO稳定性47

3.2小增益定理50

3.3Lyapunov稳定性52

3.4Lyapunov稳定定理53

3.5LaSalle不变集原理59

3.6终值定理64

第4章鲁棒控制基础68

4.1鲁棒控制基本思想68

4.2不确定性的描述71

4.3线性不确定系统频域模型74

4.4鲁棒稳定性的频域判据78

4.5鲁棒稳定性的时域判定条件84

4.6绝对稳定性87

4.7鲁棒性能準则及其充分条件90

第5章线性鲁棒控制系统设计94

5.1H∞控制问题94

5.2Riccati方程解法99

5.3LMI解法103

5.4定理5.1的证明112

5.5一般被控对象建模原则117

5.6μ设计与鲁棒性能121

5.7鲁棒H∞性能的充分必要条件127

5.8D-K递推设计法129

5.9参数摄动的抽出法130

第6章非线性系统鲁棒控制基础135

6.1无源性与稳定性135

6.2耗散性与L2性能準则142

6.3L2增益与HJI不等式145

6.4存储函式的递推设计149

6.5坐标变换与反馈等价性154

6.6非线性系统的标準型159

6.7非线性系统的链式结构164

第7章非线性鲁棒镇定170

7.1不确定系统的描述170

7.2无源化设计基础172

7.3鲁棒无源性179

7.4鲁棒镇定控制器设计184

7.5鲁棒控制器的推广190

第8章非线性系统鲁棒性能準则设计194

8.1L2性能準则设计问题194

8.2基于HJI不等式的设计方法197

8.3匹配条件与存储函式203

8.4L2性能準则问题的递推解法208

8.5鲁棒L2性能準则问题214

第9章具有自适应功能的鲁棒控制器设计218

9.1参数不确定性及自适应功能218

9.2自适应控制器221

9.3调整函式231

9.4自适应鲁棒控制器237

9.5自适应鲁棒L2性能设计242

第10章线性鲁棒控制设计实例247

10.1汽车离合器变速缓冲装置247

10.2矿车速度控制254

10.3STATCOM（静止无功补偿器）内部控制262

10.4三峡输电系统TCSC（可控串补）H∞控制273

10.5提高多机系统小干扰稳定性的全状态H∞控制器设计280

10.6电力系统小干扰稳定性的μ分析方法288

第11章非线性鲁棒控制设计实例295

11.1单机系统L2增益干扰抑制励磁控制器295

11.2多机系统分散L2增益干扰抑制控制器302

11.3励磁系统非线性自适应控制器312

11.4水轮机调速系统非线性自适应控制器322

11.5APF（有源滤波器）无源控制器331

11.6含超导储能装置的多机系统分散L2增益干扰抑制控制器339

附录351

附录AMinkovski不等式的证明351

附录B例5.4中硬碟H∞设计用mfile352

附录C例5.9中硬碟μ设计用mfile355

附录D6机仿真系统数据357

附录E注11.4的证明359

附录F定理11.3的证明361

附录G定理11.4的证明362

附录H电力系统常用变数符号365

名词索引366

参考文献369