区域极点约束非脆弱鲁棒飞行控制器设计

研究飞行控制系统性能优化问题,针对区域极点约束条件下飞行控制系统非脆弱鲁棒控制器设计,飞控系统含有外部扰动,为了保证飞控系统的鲁棒性和响应品质,提出用模型参数摄动和加性控制器增益摄动的鲁棒控制,根据线性矩阵不等式理论,给出了非脆弱鲁棒控制器的可解性条件.同时为保证系统具有良好的动态特性,将闭环极点配置在复平面上指定的圆盘区域内.并用鲁棒控制和极点配置结合,给出满足鲁棒性、非脆弱性、干扰抑制性能和动态响应特性的控制器进行仿真.仿真结果表明控制器系统满足多目标控制要求,证明方法的可行性和有效性.     

具有区域极点配置的飞控系统混合H2/H∞控制

研究飞控系统特性,针对某型飞机纵向运动的参数摄动不确定性,为了提高控制系统的稳定性和优化系统的性能,采用基于线性矩阵不等式(LMI)的混合H2/H∞控制方法设计控制器,减小不确定性对系统的影响,以实现对系统鲁棒性能的要求,并将被控系统的闭环极点配置在预期的区域内,进一步保证系统具有良好的动态特性.通过实例仿真验证分析,系统不但满足了动态性能指标,且当系统参数不确定性在一定范围内时,控制器对系统仍能进行有效的控制,表明了控制器对一定范围内的参数不确定性具有较好的抑制作用,验证了设计方法的实用性与有效性.     

基于IGHS算法的分段系统鲁棒极点配置优化

针对分段线性控制系统鲁棒极点配置问题,利用IGHS算法对特征向量矩阵条件数优化具有较好的收敛性,限制了特征向量选择的自由度.优化后的控制器使闭环系统矩阵允许有更大的摄动或不确定性.与已有方法相比,本文方法对条件数优化计算既不需要考虑梯度和二次可微信息,也不需要对条件数进行凸转化处理.最后,仿真实验结果验证了本方法的有效性.     

极点约束不确定系统非脆弱滤波器的设计

针对一类具有参数不确定性的线性系统,研究其闭环极点区域约束下的鲁棒非脆弱滤波器的设计问题.在对象及滤波器同时存在不确定性的情况下,控制目标要求闭环系统鲁棒稳定,干扰抑制性能指标小于给定的上界,并且闭环极点配置于复平面上指定的圆盘内.针对系统和滤波器具有乘法增益摄动的情况,以线性矩阵不等式的形式给出了非脆弱滤波器的可解性条件.数值算例表明了该方法的有效性.     

鲁棒极点配置约束下的模糊控制系统设计

针对一类利用T-S模糊模型近似描述的不确定非线性系统,给出了一种具有鲁棒极点配置功能的模糊控制器和模糊状态观测器的设计方法.首先,利用并行分配补偿(PDC)设计思想和基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒极点配置理论,得到了使整个闭环系统全局渐近稳定并满足希望的动态性能的充分条件.然后将这些条件转化为标准的LMI问题.最后将该设计方法应用于倒立摆的平衡控制中,验证了本方法的有效性.     

基于在线优化的线性系统状态反馈鲁棒镇定

建立关于Sylvester方程的鲁棒极点配置梯度流优化算法模型,在线求解相应的二次优化问题,并在线计算状态反馈增益矩阵.使得闭环系统矩阵的伞部特征值位于给定的区域中.对于一切满足条件的扰动,具有最小灵敏度,闭环系统人范围一致渐近稳定.仿真结果验证了该方法适用十非线性系统的鲁棒镇定问题和在线鲁棒极点配置问题.     

高超声速飞行器非线性鲁棒控制律设计

高超声速飞行器具有模型非线性程度高、耦合程度强、参数不确定性大、抗干扰能力弱等特点,其自主控制具有较大的挑战.论文提出了一种基于鲁棒补偿技术和反馈线性化方法的非线性鲁棒控制方法.文中首先采用反馈线性化的方法对纵向模型进行输入输出线性化,实现速度和高度通道的解耦和非线性模型的线性化.针对得到的线性模型,设计包括标称控制器和鲁棒补偿器的线性控制器.基于极点配置原理,设计标称控制器使标称线性系统具有期望的输入输出特性,利用鲁棒补偿器来抑制参数不确定性和外界扰动对于闭环控制系统的影响.基于小增益定理,证明了闭环控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒跟踪性能.相比于非线性回路成形控制方法,仿真结果表明了所设计非线性鲁棒控制算法的有效性和优越性.     

一类不确定切换系统的容错控制与极点配置

分析一类非线性不确定切换系统的容错控制与基于状态反馈的极点配置。系统包含有界未知结构的不确定性和未知非线性项。在各子系统不稳定的前提下,设计切换系统的状态反馈控制器,基于Lyapunov稳定性理论和LMI方法,保证在任意切换下不确定系统在传感器和执行器同时失效情况下具有鲁棒容错控制性能的充分条件。在此基础上研究该系统的极点配置在左半复平面选定圆域内以理想速度渐近衰减。文中得到了容错控制切换系统可状态反馈镇定的充分条件,然后用易于求解的线性矩阵不等式形式给出结果,最后通过仿真验证所设计的切换系统的极点配置在圆域内,在状态反馈控制器下渐近稳定。     

具有结构不确定性的输出反馈线性系统的鲁棒稳定性分析

基于向量的幂变换方法，对具有结构不确定性的输出反馈线性系统的鲁棒稳定性问题作了分析。单参数摄动时给出了闭环系统鲁棒稳定的充要条件，多参数摄动时得到了保证系统鲁棒稳定的充分条件，导出了闭环系统鲁棒稳定区域的一种代数表达形式。最后给出了实例。     

非线性系统具有圆盘极点约束的鲁棒模糊控制

针对一类具有范数有界时变参数不确定性的离散非线性系统，研究其具有圆盘极点约束的鲁棒模糊控制问题．采用T—S模糊模型逼近实际的离散非线性系统，结合并行分布补偿法和二次型性能指标，导出了保证闭环系统鲁棒稳定且所有极点配置在预先指定圆盘中的二次圆域稳定保性能控制器的存在条件，并将最优保性能控制器的设计问题可归结为求解一个线性矩阵不等式的凸优化问题．最后的仿真结果验证了设计方法的有效性．     

Robust pole assignment for linear control systems in a circular region using novel global harmony search algorithm

This paper presents a new approach to the problem of robust pole assignment in a circular region using novel global harmony search (NGHS) algorithm. Based on geometric principles, the position information of poles in the circular region is depicted and the rules of dynamic selection of poles from the circular region are determined. This ensures the algorithm select poles dynamically from the circular region. In order to get a set of poles and the state feedback controller which allow the system to have a maximum allowable perturbation or uncertainty, the upper bound of perturbation or uncertainty is optimized by the NGHS algorithm for the poles in the circular region. In contrast to most existing methods, an optimization method using NGHS algorithm for the dynamic selection of poles, makes the closed-loop system show better robustness. Finally, the simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed approach.     

Pole assignment in a specified circular region using a bilinear transformation onto the unit circle

An algorithm for pole assignment in a specified circular region using a bilinear transformation onto the unit circle is considered, A Lyapunov type test is developed to check that all the eigenvalues of a discrete system are within a circle in the complex plane. Pole placement in a circular region by LQ state feedback design is investigated for discrete linear systems. Perturbation bounds are derived, using bilinear transformation, for all closed-loop poles of a perturbed discrete system to remain inside a specified circular region. Illustrative examples are included     

不确定离散广义系统的D稳定鲁棒控制

研究了具有圆盘区域极点约束的一类不确定离散广义系统的鲁棒控制问题.首先,研 究了控制输入项不含扰动的不确定离散广义系统,提出了广义二次D镇定的概念,基于矩阵不 等式和广义Riccati方程,给出了一种广义二次D镇定器的设计方法,所得到的结论能够实现研 究目标;然后,讨论了控制输入项含有扰动的不确定离散广义系统,在一定的假设条件下,给出 了期望状态反馈增益阵的存在条件及其解析表达式.最后,用数值示例说明所给方法的有效性 及可行性.     

一类线性系统区域极点配置静态输出反馈可靠控制

考虑连续线性系统,在连续增益故障模型的前提下,提出带有执行器故障的圆形区域极点配置的静态输出反馈的可靠控制问题。本文利用线性矩阵不等式(LMI) 在考虑执行器故障模型的基础上,给出圆形区域极点配置的静态输出反馈的可靠控制器存在的充分条件。通过成果的仿真,并进一步说明当系统发生故障时,正常控制的闭环系极点可能离开所给定的圆形区域,而可靠控制的闭环系统仍然会保持极点在给定的圆形区域内。从而看出对系统进行极点配置的静态输出反馈的可靠控制的必要性。     

用输出反馈配置鲁棒极点*

本文讨论了线性定常多变量系统在时域上用输出反馈配置鲁棒极点的问题。用输出反馈配置极点时,有一些自由度,可以利用这些自由度指定特征向量。本文给出一种数值方法,它用于选择一组尽可能正交的特征向量,使闭环系统矩阵A+BKC尽可能接近正规,从而使闭环极点对于矩阵的系数变化是鲁棒的。     

Feedback control system synthesis for plants with large parameter variations

A synthesis procedure is developed for a dominant third-order system (as opposed to the usual dominant second-order system) where the size of the complex closed-loop pole region is not specifically restricted but is contained within a circular boundary. The plant considered is of third order, with a real pole at the origin and a pair of complex poles with negative real parts. The added real pole affords an additional degree of freedom with which to meet the system-time domain specifications. The compensation prescribed is a biquadratic network with complex zeros, and compensation poles are constrained to exhibit only second-order effects. The procedure is based on the association of the desired closed-loop pole parameter values with open-loop parameter values in the (Omega^{2},Sigma) plane, which is in actuality the natural-frequency-squared damping-constant plane. A constant gain factor is assumed, but this constraint may be removed if a tandem gain control system is employed. This assures that the gain variations are much slower than the system response. Relations between the desired nominal closed-loop poles and the plant region and compensation locations are derived for a prescribed circular closed-loop pole region. The nominal plant pole location is a design specification, while the allowable plant region depends on the closed-loop pole location and region, i.e., a change in size of one region is reflected as a proportional change in size of the plant closed-loop pole region. The remote compensation pole location is primarily determined by minimizing transient distortion while ensuring a specified degree of stability.     

A computational algorithm for pole assignment of linear multiinput systems

An efficient computational algorithm for pole assignment of linear multiinput systems is proposed. A preliminary stage of the algorithm is a reduction of the system matrices into orthogonal canonical form. The gain matrix elements are then found by orthogonal transformation of the closed-loop system matrix into upper quasi-triangular form whose diagonal blocks correspond to the desired poles. The algorithm is numerically stable, the computed gain matrix being exact for a system with slightly perturbed matrices. It works equally well with real and complex, distinct, and multiple poles and is applicable to ill-conditioned and high-order problems.     

时滞系统的多步预报控制

本文针对具有模型不确定性的时变大时滞系统，提出一种带监测及切换系统的多步预报控制算法。该方法的主要设计思想是对系统在包括时滞范围在内的未来时刻的输出作出预报，依此预报值进行滚动优化和闭环极点配置，同时，增加一层监测及切换系统，以保证整个系统的稳定性。理论分析及仿真实验表明，该方法能有效地用于时变大时滞对象的控制，是一种鲁棒性好的控制算法。     

Pole assignment via the schur form

We propose an algorithm for the state-feedback pole assignment problem. The algorithm is the first of its kind, making direct use of the Schur form, and minimizing the departure from normality of the closed-loop poles for a given first Schur vector x₁. The robust pole assignment problem can then be solved via choosing x₁ optimally. Several numerical examples were presented to illustrate the feasibility of the algorithm.