遥操作系统力觉接口的无源性设计

力觉接口是指人和遥操作机械手之间的接口,用来给操作人员提供操作时的一种虚拟环境．无源性是这种接口系统设计的主要要求,但是前人得出的无源性条件过于保守．本文从采样控制系统的频率特性出发推导了一个没有保守性的接口系统无源性的条件．文中并指出无源性只是接口的一个属性,要正确设计还需考虑到伺服设计的一些基本要求,诸如系统的带宽、阻尼等．文中还结合例子给出了接口系统无源性设计的步骤．     

采样系统的分析:提升技术

采样系统中既有离散信号，又有连续信号，过去的做法是将系统在采样器和保持器处分开来进行分析，这样可以只考虑离散信号。但是采样系统的性能应该是指对象在连续的扰动信号作用下的输出性能，所以应该采用提升技术来对对象进行H∞离散化。文中给出了H∞离散化的算法，并结合例子说明了提升技术在性能和鲁棒稳定性分析中的应用。     

H∞离散化的MATLAB程序

提升技术现已成为采样控制系统分析和设计的主要工具。系统提升后成为一离散系统，其H∞范数与原采样系统的L2诱导范数是等价的，故称为H∞离散化。提升计算包括矩阵的指数和积分运算，一般是很复杂的。本文给出了利用MATLAB的提升算法，算法简单可靠；同时还给出了求取等价系统H∞范数γ值的二分法并配有算例。     

摄动矩阵的分解

参数不确定系统鲁棒控制的设计均基于摄动矩阵的分解。本文给出一种系统性的清晰的分解方法，将摄动矩阵分解为三个矩阵，分别描述矩阵中的不确定元素及其所在的行位置和列位置。分解的步骤与行的顺序一致，最后用一个例子来说明这种分解思想。     

描述系统扩展H∝控制

讨论了用扩展Ｈ∝控制方法来处理描述系统（ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ,简记为ＤＳ）的非标准Ｈ∝控制问题,证明了解存在充要条件,并通过求解两个广义代数Ｒｉｃｃａｔｉ方程（ＧＡＲＥ）的准容许解,给出了ＤＳ扩展Ｈ∝控制器集合。     

非线性系统的线性化

由于非线性系统线性化时采用泰勒展开式可能会得出错误的结果,指出了系统的线性化应该是在方程式推导过程中同时进行.对磁悬浮系统,在拉格朗日方程建立过程中求取相应的偏导数从而得出系统的线性化方程.给出了用Simulink的非线性系统仿真方法,并用非线性系统在小偏差下的仿真结果与线性化系统的结果进行对比.结果表明,这样的求取过程物理概念清楚、简单,有助于正确列写系统的方程式.     

哈密尔顿系统的无源性控制设计

无源性控制(PBC)是非线性控制的一个新的方向.不过对无源性控制一般都是定性的讨论.本文给出了一种与无源性控制结合的定量化方法.为求解无源性控制中的偏微分方程,需要先将非线性系统的数学模型转化成Hamilton模型.文中以一个磁悬浮系统的无源性控制为例,说明了这个Hamilton系统偏微分方程的求解方法,并给出了无源性控制律.本文的方法为非线性控制提供了一个实用的设计工具.     

控制系统的脆弱性分析

脆弱性是指一闭环系统的稳定性对参数摄动极端敏感.这类系统的开环频率特性经过距临界点(-1,j0)的近旁,这种与(-1,j0)点之间脆弱的相对关系遇到任何可能的摄动就会遭到破坏.文中分析指出,控制系统的脆弱性可以用Bode积分来进行定量分析.对于一个非最小相位的不稳定对象的控制来说,控制器的不稳定极点与对象的不稳定极点加到一起会大大增加系统灵敏度函数的峰值.故这类系统的设计必然是脆弱的.对于不稳定的多变量对象的控制来说,如果其中一个等价的输出反馈回路中有一个较大的不稳定极点,那么其灵敏度函数也会出现大的峰值,会导致脆弱性,而利用Bode积分则可以避免设计的脆弱性.     

H_∞最优性能指标的连续性问题

对 Gahinet提出的 H∞ 最优性能指标的不连续性进行了分析 ,指出这不连续性是由于 H∞ 控制器的存在条件不同和可能的零极点对消造成的 .还指出 ,方法不同并不能改变设计中存在的问题 ,对奇异 H∞ 问题 ,还需要采用另外的措施才能解决