非線性系統課程教材
本書為美國密歇根州立大學電氣與計算機工程專業研究生教材。全書內容按照數學知識的由淺入深分成：
■ 基本分析。介紹非線性系統的基本概念和基本分析方法
■ 反饋系統分析。介紹輸入-輸出穩定性、無源性和反饋系統的頻域分析
■ 現代分析。介紹現代穩定性分析的基本概念、擾動系統的穩定性、擾動理論和平均化以及奇異擾動理論
■ 非線性反饋控制。介紹反饋控制的基本概念和反饋線性化，并給出了幾種非線性設計工具。如滑模控制、李雅普諾夫再設計、反步設計法、基于無源的控制和高增益觀測器等
網站www.prenhall.com/khalil提供本書的各種相關資料，包括版本更新的修改說明、關于組織課程教學的建議、勘誤表及補充習題等，還提供了部分習題答案。
中文版序言
It is my pleasure and honor to write a preface to the Chinese translation of my book Nonlinear Systems. I am grateful to the Chinese scientists who took on such tremendous task. For me, as the author, the most gratifying return of writing this book is to know that many colleagues and students have used it and found it to be useful. This feeling can only increase knowing that the book will now be available to the largest scientific community in the world in its native language.
Hassan Khalil
East Lansing, Michigan, USA
——譯文——很榮幸能為我的著作的中譯本寫此序言，也非常感激為翻譯此書付出極大心血的中國學者。作為本書原作者，我寫這本書的最大回報莫過于得知眾多同行及學生在使用本書，而且從中受益匪淺。中譯本的出版讓我更加感到欣慰，因為占世界科學界人數最多的中國讀者，今后可以直接用自己的母語學習本書了。
譯者序
非線性是自然界和工程技術領域里最普遍的現象。非線性系統的研究在近年來取得了可喜的進展，特別是以微分幾何為工具發展起來的精確線性化方法，受到了普遍的重視。通過利用Lie括號以及微分同胚等基本工具研究非線性系統的狀態、輸入及輸出變量之間的依賴關系，系統地建立了非線性控制系統可控制、可觀測及可檢測的充分或必要條件，特別是全局狀態精確線性化和輸入輸出精確線性化方法的發展，使復雜的非線性問題在一定條件下可以轉化為線性問題來處理。加上計算機的普及和現代計算技術的發展，人們逐步對非線性系統有了進一步的了解。諸如非線性系統中的分岔、混沌、分形和奇怪吸引子等現象越來越引起學者們的興趣，使其在生物學、化學、氣象學、經濟學、物理學和工程技術領域的應用也更加廣泛。
目前，“非線性系統”在國外已經被許多工科院校列入相關專業研究生的學位課程或必修課，本書就是美國密歇根州立大學電氣與計算機工程專業的研究生教材，深受讀者歡迎。目前國內也出版了數十種關于非線性系統理論與應用方面的優秀教材和專著，但國外一些代表性著作在國內尚未普及，因此把國外優秀教材介紹給我國工程專業技術人員和學生是十分必要的。
本書作者Hassan K. Khalil博士是美國密歇根州立大學電氣與計算機工程系的杰出教授，1989年由于其在“奇異擾動理論及其在控制中的應用”所取得的成就被選為IEEE 會士。多年來他一直從事非線性系統的教學和研究工作。
本書內容翔實，論證嚴謹，具有很強的系統性。全書按照數學知識的由淺入深編寫而成。內容大體分成四部分：基本分析、反饋系統分析、現代分析和非線性反饋控制。從第5章開始，每個章節都相對獨立，或者僅需要用到前面章節中的少量知識，使讀者具有較大的靈活性。為了避免學生過早地接觸壓縮映射原理，將結構存在性和唯一性定理的證明移至附錄中。
本書在前面兩個版本的基礎上，增加了近年來非線性控制中比較成功的一些內容，例如無源性和基于無源控制的擴展處理方法、高增益反饋、遞歸法、迭代方法、最優穩定控制和觀測器，另外在二階系統分析中還引入了分岔的概念。通過網址www.prenhall.com/khalil可查閱有關本書的各種資料。
參加全書翻譯的有：董輝（序、前言和第1章至第3章）、李作洲（第12章和第14章以及全部附錄）、李汝來（第9章至第11章）、沈紅林（第4章）、周曉龍（第5章）、李斌斌（第6章）、趙柏山（第7章）、周蕓（第8章）和桑士偉（第13章）。全書譯文經朱義勝教授和董輝副教授統一整理，并對全部譯稿進行了詳細的審校。為便于讀者對照英文原著，本書中的符號正斜體等的形式，盡量與英文版保持了一致。
在翻譯過程中，我們還按照網站上給出的原書第三版的勘誤表對照原書內容對譯文一一進行了修改。雖然我們已盡了最大努力，但由于涉足非線性系統領域比較晚，專業知識和英語水平有限，譯文中一定有不當和疏漏之處，敬請讀者提出寶貴意見。
前言
本書是為研究生一年級的非線性系統或控制課程編寫的，也可以作為工程技術人員或應用數學研究人員的參考書。它是作者在密歇根州立大學多年執教非線性系統課程的結晶。學習這門課程的學生應具備電子工程、機械工程或應用數學的基礎知識，這門課的先修課程是以與Antsaklis and Michel［9］，Chen［35］，Kailath［94］或Rugh［158］同等水平的教材講授的線性系統研究生層次課程。如果學生具備了線性系統的知識，就不必為引入“狀態”一詞而擔心學生難于理解，也就可以自由引用“傳遞函數”、“狀態轉移矩陣”和其他一些線性系統的概念。此外，學生還應具備任何工程或數學專業的研究生應有的一般數學基礎，如微積分、微分方程和矩陣理論等。附錄中匯集了一些書中用到的數學知識。
本書在寫作中按章循序漸進地插入了數學內容，因此第2章是基礎知識。實際上這一章可以在本科高年級學習，即使在低年級學習也沒有困難，這也是把李雅普諾夫穩定性分為兩部分討論的原因。在4.1節到4.3節，引入了自治系統李雅普諾夫穩定性的實質，在這里不必擔心一致性和類函數等術語的學術性。在4.4節到4.6節以更適用于非自治系統的一般方式提出了李雅普諾夫穩定性問題，并允許進一步研究現代穩定性理論。第4章末引入的數學內容是為了讓學生能順利地學習其余內容。
附錄中給出了一些較高水平的數學公式的證明，這些證明不必在課堂上講授。把這些內容加進來一方面是因為課程內容本身的需要，另一方面是考慮到一些學生需要或希望學習這部分內容，例如要繼續研究非線性系統或控制理論的博士生等，這些學生可以以自學的方式繼續學習附錄中的內容。
本書出版第三版的主要目的在于：1.使本書（特別是前面的章節）更適合一年級的研究生使用。以第3章所做的改動為例，將所有有關數學背景的內容、收縮映射定理、存在性及唯一性定理的證明都歸入附錄，而其他內容與第二版相比可讀性更強。
2.重新組織內容結構，使構造非線性系統或其控制過程更容易。從結構上看，本書可以分為四部分，如下頁圖所示。第一部分、第二部分和第三部分主要是非線性系統的分析過程，而第一部分、第二部分和第四部分的內容主要是非線性控制過程。
3.更新第二版的內容，包括了一些近年來在非線性控制中證明是有用的觀點或成果。第三版的新意在于：擴充了無源和基于無源的控制、滑模控制和高增益觀測器的內容，此外還在二階系統中引入了分岔。在學術方面，讀者會看到在第10章和第11章中Kurzweil的逆李雅普諾夫定理，以及有關積分控制和增益定序法的新成果。
4.更新了習題。第三版新增了170多道習題。
在本書的寫作過程中，我得到了許多同事、學生和讀者的支持。他們通過討論、建議、更正以及一些建設性的意見和對前兩版的反饋為我提供了極大的幫助。要答謝的人實在太多，想把他們的名字一一列出，又恐掛一漏萬，謹在此向曾幫助過我的每一個人表示深深的謝意。
我還要特別感謝為我提供寫作環境的密歇根州立大學，以及支持我研究非線性反饋控制的美國國家科學基金。
書中的所有計算，包括微分方程的數值解，都是用MATLAB和Simulink完成的，插圖用MATLAB或LATEX繪圖工具生成。
我很希望本書盡善盡美，但錯誤之處在所難免，如發現錯誤請發郵件給khalil@msu.edu，本人將不勝感激。本書配套網站為www.prenhall.com/khalil/，其中包括本書最新勘誤表、補充的習題以及其他一些相關內容。
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