V-Gap度量磁悬浮推力轴承系统H∞控制器设计

磁悬浮压缩机变叶尖间隙喘振控制策略的实现,需要推力轴承系统控制转子精确跟踪轴向位置以及应对轴向载荷多变的问题。为保证磁悬浮推力轴承系统鲁棒控制器能够满足一定的位置跟踪和抗干扰性能,对磁悬浮推力轴承系统建模,将V-Gap度量与广义稳定裕度评价结合设计H_∞控制器。介绍了V-Gap度量和广义稳定裕度,对推力轴承系统建模利用V-Gap度量定量分析系统参数不确定性对被控对象的影响程度;在混合灵敏度H_∞控制基础上,提出以广义稳定裕度为稳定性要求的控制器设计方法,并试验验证该方法合理性。研究结果表明:设计后控制器具有更好的鲁棒性及位置跟踪性能。     

基于强跟踪H-/H∞优化的无人机系统故障检测

针对一类无人机飞行控制系统故障检测问题,提出基于强跟踪H_-/H_∞优化的故障检测方法。将无人机飞行控制系统的执行器与传感器故障描述为加性信号,在考虑风扰动的情况下,建立无人机纵向飞行控制系统的非线性故障模型。将残差产生器的设计归结为扩展H_-/H_∞最优问题。受强跟踪滤波器的快速收敛性的启发,在设计故障检测滤波器时将强跟踪滤波器与扩展H_-/H_∞最优问题相结合实现无人机飞行控制系统的快速故障检测。以无人机升降舵部分失效故障与空速管堵塞故障为例进行仿真试验。结果表明,提出的方法能够快速实现无人机飞行控制系统的故障检测。基于强跟踪H_-/H_∞优化的故障检测方法可用于无人机飞行控制系统的故障检测。     

周期拒绝服务干扰攻击下信息物理系统的H∞控制

针对恶意拒绝服务（DoS）干扰攻击对信息物理系统（CPS）正常运行的影响,研究DoS干扰攻击下某类CPS的H_∞控制问题. 能量受限的DoS干扰者采用周期型攻击策略攻击CPS中的无线信道,迫使无线信道的通信质量下降;CPS的无线信道存在由固有因素引起的随机数据包丢失,且由于恶意网络攻击具有突发性和隐蔽性的特点,DoS干扰者的攻击策略是未知的. 将恶意DoS干扰攻击和无线信道固有因素对信道通信质量的影响表示为统一形式,并通过建立攻击容忍机制和基于观测器的控制策略,得到保证受攻击CPS在未知攻击者具体攻击策略的情况下能够实现指数均方稳定且满足预期H_∞性能指标的充分条件,将H_∞控制器的设计问题转化为凸优化问题的求解. 利用数值仿真验证所提出控制策略的正确性和有效性.     

不确定多状态时滞分布式系统的鲁棒H_∞控制

针对不确定多状态时滞分布式连续系统, 研究了其鲁棒H∞控制器的设计方法.通过引入Lyapunov函数, 利用线性矩阵不等式方法得到了自治系统的鲁棒渐近稳定的充分条件.基于该充分条件给出了闭环系统的鲁棒渐近稳定的充分条件, 并设计了系统的鲁棒H∞状态反馈控制器.设计的控制器保证了闭环系统的二次稳定, 同时使系统的H∞范数小于给定的衰减水平γ.仿真结果证明了该设计方法的有效性.     

事件触发机制下的多速率多智能体系统非脆弱一致性控制

针对一类多速率多智能体系统,研究在事件触发机制下的非脆弱H_∞一致性控制问题。为了更符合实际需要,采用多速率采样策略,并通过提升技术将多速率采样转化为单速率采样。考虑到智能体间的通信负担,引入事件触发机制来减少智能体间的通信次数。此外,考虑到控制器在执行过程中可能出现的不精确性,本文设计一种可以容忍执行过程中变化/波动的控制器。综上,本文的目的是设计一种基于观测器的事件触发非脆弱控制器来实现多智能体系统的H_∞一致性控制。利用线性矩阵不等式技术,得到使系统满足H_∞一致性控制的充分条件,然后设计控制器参数。最后,为了说明事件触发控制方法的有效性,给出一个数值仿真实例。     

H∞最优控制的PMLSM伺服系统鲁棒重复控制

永磁直线同步电动机（PMLSM）在跟踪周期性输入时,其参数变化、负载扰动和摩擦力会降低系统的伺服性能,为此设计了一种基于H_∞ 最优理论的鲁棒位移重复控制器.将重复控制器中的延迟环节看作是一个稳定的摄动Δ ₁（s）,把被控对象中包含的不确定性因素看作另一摄动Δ ₂（s）,故可将伺服系统看作是包含2个摄动的不确定系统,进而可以把鲁棒重复控制问题转化成 H_∞ 最优控制问题,使用H_∞ 最优理论同时设计了反馈控制器和重复控制器.理论推导与仿真结果表明,该方案有效提高了系统的跟踪精度和鲁棒性.     

一类多时延网络控制系统的稳定性分析和鲁棒H_∞控制

针对一类具有外加扰动的多时延网络控制系统(NCSs),讨论了其稳定性条件和鲁棒H∞控制器设计问题。将采样率、网络诱导时延和丢包转化成系统的时变状态时延,建立系统在连续时域里的多输入多输出(MIMO)数学模型;再利用Lyapunov稳定性定理和自由权矩阵的方法,通过求解若干线性矩阵不等式(LMI),得到该网络控制系统的最大允许时滞上界(MADB)和稳定性条件,然后利用这一条件和非线性最小化方法,导出基于迭代算法的鲁棒H∞状态反馈控制器的设计方法;最后,通过小车倒立摆系统对所推导的稳定性条件和鲁棒H∞控制器设计方法进行了仿真验证,结果表明该方法有效。     

不确定时滞离散模糊系统鲁棒H∞控制

研究了一类不确定离散时滞模糊系统的鲁棒H_∞稳定性问题．基于模糊Lyapunov-Krasovskii函数,应用并行分布补偿算法,设计了使模糊系统全局渐近稳定的控制器,提出并证明了一个新的判别闭环不确定离散时滞模糊系统鲁棒H_∞渐近稳定的充分条件．引入多个附加矩阵变量,可由一组线性矩阵不等式的解得到控制器．由于使用了模糊Lyapunov-Krasovskii函数,此鲁棒稳定条件比基于公共Lyapunov-Krasovskii函数的稳定条件的保守性更小,由仿真算例验证了结果．     

不确定时滞系统的鲁棒H∞控制

针对一类同时具有匹配不确定性和不匹配不确定性的时滞系统,设计了鲁棒H_∞控制器.对于所有容许的不确定性,基于矩阵不等式给出了系统渐近稳定的条件,对系统的H_∞性能进行了分析,并将所得结果转换成线性矩阵不等式形式（LMI）.设计了系统的鲁棒H_∞控制器,基于Lyapunov方法验证了该控制器不仅满足系统渐近稳定的条件,而且也满足指定的H_∞性能约束条件.数值算例说明了所设计的控制器对时滞和不确定性都具有鲁棒性,仿真曲线证明了该控制器设计的有效性和可行性,同时系统还对干扰具有很强的抑制能力.     

一类时滞系统的鲁棒H∞保代价控制

研究一类带随机扰动的时滞系统的鲁棒H∞保代价控制问题.基于线性矩阵不等式给出状态反馈鲁棒H∞保代价控制器存在的充分条件,并设计了满足H∞代价指标的鲁棒H∞保代价控制器,且给定的代价函数存在上界.最后,通过数值算例说明方法的有效性和可行性.     

一类线性离散系统H∞鲁棒容错控制器设计

从不确定线性离散控制系统的传感器或/和执行器等部件极易发生故障的实际情况出发,对这类控制系统的鲁棒容错控制器设计问题作了研究.在假设传感器和执行器同时发生故障的情况下,基于状态反馈思想和H∞鲁棒控制理论,通过求解一个代数Riccati方程得到H∞鲁棒容错状态反馈控制律.因此,由该设计方法得到的控制律同样适用于传感器和执行器分别出现故障的情况.并通过仿真实例来验证该H∞鲁棒容错控制律不仅对不确定性和扰动具有H∞鲁棒性能,而且对传感器或/和执行器故障具有容错性能,从而说明该控制器设计方法的正确性和有效性.     

基于新型ESF的一类非线性系统故障滤波方法

针对传统非线性系统故障诊断方法中存在的线性化误差、滤波发散等问题,对一类含有测量噪声及执行器时变故障的非线性系统研究一类新的故障诊断方法。通过将系统的非线性动态及故障扩张为一新的状态,构造一种可用于故障诊断的扩张状态滤波器,并在此基础上推证出增广系统渐进稳定的充分条件,给出具有鲁棒H_∞性能的故障诊断滤波器设计方法,同时借助于原系统中已知的非线性动态,对滤波后的新扩张状态进行故障分离,实现对故障的滤波及诊断。用该方法对具有测量噪声的典型非线性系统Van der pol振荡器,在分别发生恒值和时变故障情形下进行仿真研究。结果表明,所提方法能较好地解决含噪非线性系统的滤波及故障诊断问题。     

永磁直线同步电机的零相位H∞鲁棒控制研究

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动伺服系统，提出了一种将零相位误差跟踪控制(ZPETC)和 H_∞鲁棒控制相结合的二自由度鲁棒跟踪控制策略.以解决系统的快速而精确的跟踪控制性能和抗扰性能之间的矛盾.零相位误差跟踪控制器保证了快速性，使系统实现准确跟踪；而H_∞控制器克服了负载扰动等不确定性影响，保证了系统具有较强的鲁棒性能.仿真实验结果表明，该方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时，对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性.     

双直线电机伺服系统动态同步进给的鲁棒H∞控制

以两台直线电机作为高速度、高精度龙门移动式镗铣床的龙门柱纵向进给的传动构构为应用背景.采用直接传动方案，对同一直线伺服系统内双位置环间的动态同步进给控制问题进行了研究.基于H_∞控制理论设计了一个同步传动控制器，通过对电流环进行补偿控制提高响应速度实现动态同步进给来保证系统的同步精度；由IP位置控制器来满足位置系统跟踪性能要求.仿真结果表明了所设计方案的合理性和有效性.既保证了闭环系统的鲁棒稳定和具有好的跟随性能，又抑制了模型摄动及外部干扰对系统的影响，保持了系统的鲁棒性能.     

基于H_∞控制的多变量系统PID控制器设计

研究了基于环路成形Ｈ∞控制的多变量系统ＰＩＤ控制器设计。为了能方便地在实际工程中实现复杂的控制，提出了采用多变量ＰＩＤ控制器逼近所得高阶控制器的方法，并给出了如何选择影响闭环系统性能的预补偿器方法。这种设计方法的主要特点是，只通过调整反映闭环系统的鲁棒稳定性与时域性能的一个设计参数，便可以得到ＰＩＤ控制器。仿真结果表明，所得的多变量ＰＩＤ控制器具有较好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

一类线性串联系统的鲁棒H∞控制

对于单级线性系统的鲁棒H∞ 控制器设计 ,只需求解一个代数Riccati方程就能得到其状态反馈阵 .运用这样的状态反馈控制 ,既能保证整个闭环系统是鲁棒稳定的 ,又能达到抑制干扰的效果 .在设计单级线性系统的鲁棒H∞ 控制器的基础上 ,设计出具有串联结构的线性系统的鲁棒H∞ 控制器 ,证明了对于具有两级串联结构的线性系统 ,可分别设计两个简单的单级系统的鲁棒H∞ 控制器 ,通过求解两个Riccati方程 ,得到整个系统的控制器 ,此分段设计方法能保证整个系统在H∞ 范数界约束下二次型稳定     

具有不确定和时变时滞的离散切换系统的鲁棒H_∞可靠控制

针对执行器可能发生失效情形,研究一类具有不确定及时变时滞的离散切换系统鲁棒H∞可靠控制问题。假定每个单一的子系统都不能使系统实现鲁棒H∞可靠控制,利用多Lyapunov函数理论,得到切换状态反馈策略下问题可解的充分条件及相应的切换律、鲁棒H∞可靠切换控制器的设计方案。最后使用仿真算例以验证设计方法的有效性。     

3D刚体摆的鲁棒控制器设计和比较分析

3D刚体摆是研究刚体复杂旋转动力学与控制问题的典型系统。针对3D刚体摆受外界扰动以及转动惯量的不确定性,根据鲁棒H∞控制理论,采用线性矩阵不等式(LMI)的方法设计了一种状态反馈H∞控制律。仿真结果表明,鲁棒控制器对系统参数的变化具有较强的鲁棒性。与PID控制器比较,鲁棒控制器对于3D刚体摆控制系统具有较好的动态特性和稳定性。     

一类线性串联系统的鲁棒H∞控制

对于单级线性系统的鲁棒Ｈ∞控制器设计,只需求解一个代数Ｒｉｃｃａｔｉ方程就能得到其状态反馈阵,运用这样的状态反馈控制,既能保证整个闭环系统是鲁棒稳定的,又能达到抑制干扰的效果,在设计单级线性系统的鲁棒Ｈ∞控制器的基础上,同具有串联结构的线性系统的鲁棒Ｈ∞控制器,证明了对于具有两级串联结构的线性系统,可分别设计两个简单的单级系统的鲁棒Ｈ∞控制器,通过求两个Ｒ８ｃｃａｔｉ方程得到整系统的控制器,此分析     

基于状态反馈的车辆底盘集成H_∞鲁棒控制

采用二自由度车辆模型作为被控对象简化模型,提出了一种基于状态反馈的H_∞鲁棒控制方法的车辆底盘集成控制策略,协调控制主动前轮转向系统和直接横摆力矩控制系统。直接横摆力矩控制系统基于HSRI轮胎模型的逆运算和PI控制实现。通过J-turn工况和正弦延迟工况对H_∞鲁棒控制器进行仿真验证,结果表明,所设计的车辆底盘集成H_∞鲁棒控制器具有良好的控制效果,能够明显地改善车辆的操纵稳定性。