鲁棒H∞控制理论在舵减摇中的应用

针对船舶舵减横摇控制系统的非最小相位特性,提出了基于正实性设计思想的鲁棒H∞设计方案.分析了系统的性能要求和舵机对舵角和舵速的限制,给出了权函数选择的详细过程,设计了舵减摇的H∞控制器.考虑了系统模型可能存在的不确定性,将鲁棒H∞设计结果与传统的PID设计结果进行了对比.仿真结果表明,所设计的舵减摇H∞控制系统不但取得了很高的减摇效果,而且具有很好的鲁棒稳定性;而传统的PID控制系统在对象模型存在摄动时,会导致系统不稳定,鲁棒性很差.     

基于H∞的舶舶多变量控制系统设计

针对舵减摇系统的特点,提出了一种新的H∞设计方案.对舵减横摇控制回路,采用H∞混合灵敏度的设计方法,在设计过程中分析了Bode积分定理对性能的限制条件,给出了一组最优设计结果.对艏摇控制回路,采用常规的负反馈设计方法设计了航向控制器.对整个系统进行的综合仿真表明,所设计的舵减摇系统满足性能要求,而且在不影响艏摇角的情况下,取得了很高的减摇率.     

舵减摇控制系统的开环增益成形设计

针对船舶航向/舵减横摇控制系统的特点,提出了一种新的设计方案.对舵减横摇控制回路,基于开环增益成形的思想,通过指定闭环灵敏度函数的幅频特性形状,得到相应的舵减横摇控制器.在设计过程中不但考虑了对象的非最小相位特性,还分析了Bode积分定理对性能的约束条件,在系统的性能和控制输出之间进行了折衷,给出了一组优化设计结果.对航向控制回路,应用混合灵敏度问题设计了H∞航向控制器.设计指标是在保证船舶能很好的跟踪航向指令的前提下尽可能的减小艏摇控制回路和横摇控制回路之间的耦合作用.仿真结果表明,所设计的舵减摇控制系统满足性能要求,取得了较高的减摇率,而且横摇运动对航向的影响很小.通过对摄动后的对象进行仿真,进一步验证了系统具有很好的鲁棒性.     

基于H∞的船舶多变量控制系统设计

针对舵减摇系统的特点,提出了一种新的H∞设计方案。对舵减横摇控制回路,采用H∞混合灵敏度的设计方法,在设计过程中分析了Bode积分定理对性能的限制条件,给出了一组最优设计结果。对艏摇控制回路,采用常规的负反馈设计方法设计了航向控制器。对整个系统进行的综合仿真表明,所设计的舵减摇系统满足性能要求,而且在不影响艏摇角的情况下,取得了很离的减摇率。     

不确定Delta算子切换系统的鲁棒控制研究

研究了一类参数不确定线性Delta算子切换系统的鲁棒H∞控制问题.针对传统采用的Delta算子切换系统仅限于多Lyapunov函数方法,使系统仅实现渐进稳定,收敛速度慢.为了提高控制系统的稳定性,解决系统的状态反馈鲁棒H∞控制的难点问题,首次提出利用多Lyapunov函数和平均驻留时间方法,以线性矩阵不等式的形式给出了参数不确定Delta算子切换系统指数稳定性条件,并进行了H∞性能分析,从而进一步给出系统鲁棒H∞控制器的设计方法.所设计的控制器不但保证系统参数不确定时闭环系统指数稳定,而且满足所期望的H∞性能指标.仿真结果证明了设计方法的有效性和可行性.     

具有非线性扰动的广义系统的鲁棒H∞控制

研究具有非线性结构扰动广义系统的鲁棒H∞控制和鲁棒H∞保性能控制问题,该不确定性为时间和状态的函数.且满足Lipschitz条件.目的是分别设计系统的鲁棒H∞控制器和鲁棒H∞保性能控制器.应用线性矩阵不等式方法,分别给出了系统的鲁棒H∞控制器和鲁棒H∞保性能控制器存在的充分条件.当这些条件可解时,分别给出了鲁棒H∞控制器和鲁棒H∞保性能控制器的表达式.最后通过一个仿真算例说明了所给出方法的应用.     

船舶鳍/翼鳍减横摇弹性H_∞控制研究

针对船舶鳍/翼鳍减摇系统中存在的海浪干扰、未建模动态和模型参数不确定性,同时控制器存在摄动的控制问题,采用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)方法,给出了不确定系统存在弹性H_∞状态反馈控制器的充分必要条件。并通过仿真验证了该方法的可行性,使得船舶鳍/翼鳍减摇系统不但有效地减小了船舶横摇,而且具有很好的鲁棒稳定性。     

一类脉冲随机混杂系统的鲁棒H∞控制

研究了具有外在扰动的脉冲Markov切换线性随机系统的鲁棒H∞控制问题,分别从系统的鲁棒稳定性及鲁棒性能两方面进行分析:首先,利用多Lyapunov函数法对系统的稳定性进行分析,给出了系统鲁棒依概率稳定的充分条件;进一步地,运用线性矩阵不等式(LMI)法对系统的鲁棒性能进行分析,给出相应的状态反馈增益矩阵和脉冲控制增益矩阵的求解方法.在此基础上得出了一个鲁棒H∞控制律,并提出了一套基于MATLAB软件的鲁棒控制器的设计方法.最后,利用数值算例说明所设计方法的有效性.     

航空发动机四输入四输出H∞控制与仿真

随着对航空发动机性能要求的不断提高,发动机控制系统逐渐发展成为多变量控制系统.为提高静态稳定性和动态品质性能,根据发动机的工作原理确定发动机的四输入四输出变量,并建立航空发动机四变量小偏差状态变量模型,将H∞混合灵敏度设计方法应用于航空发动机多变量控制中,通过加权阵的选取获得了满足性能指标要求的航空发动机H∞鲁棒控制器进行仿真,仿真结果表明,控制系统不仅在标称设计点满足各项性能指标要求,且在整个飞行包线内具有鲁棒稳定性和鲁棒性能.     

约束条件下的舵鳍联合减摇控制研究

舵鳍联合减摇是一种新型减摇方法。在已有研究文献的基础上,基于输入输出线性化的鲁棒控制器设计方法,针对某集装箱船设计舵鳍联合减摇控制器,并重点研究舵速、鳍速限制对减摇效果与航向保持效果的影响,探讨舵速与鳍速之间的制约关系。仿真结果表明鳍速越低、舵速越高则减摇效果越好,但舵速、鳍速均有一上限值,超过上限值后,舵速、鳍速变化对减摇效果及航向保持效果的进一步改善不再明显。     

基于误差状态方程的机械臂H_∞最优控制北大核心CSCD

针对不确定性二自由度机械臂的跟踪控制问题,为了同时保证控制系统的鲁棒稳定和鲁棒性能,提出了基于跟踪误差线性状态方程的H∞最优控制方法。首先建立了二自由度机械臂系统轨迹跟踪误差的状态方程,考虑系统中存在的不确定性和未知扰动,对误差状态推导出基于线性二次型性能指标的鲁棒H∞最优控制律,该控制律不仅保证了控制系统的鲁棒稳定而且使控制系统达到给定性能指标下的鲁棒最优性能。同时证明了闭环系统的渐进稳定性和线性二次型最优。由提出的广义控制力进而得到机械臂的控制力矩,实现鲁棒控制。最后应用simulink对系统进行仿真,仿真结果验证了方法的正确性和有效性。     

基于误差状态方程的机械臂H_∞最优控制

针对不确定性二自由度机械臂的跟踪控制问题,为了同时保证控制系统的鲁棒稳定和鲁棒性能,提出了基于跟踪误差线性状态方程的H∞最优控制方法。首先建立了二自由度机械臂系统轨迹跟踪误差的状态方程,考虑系统中存在的不确定性和未知扰动,对误差状态推导出基于线性二次型性能指标的鲁棒H∞最优控制律,该控制律不仅保证了控制系统的鲁棒稳定而且使控制系统达到给定性能指标下的鲁棒最优性能。同时证明了闭环系统的渐进稳定性和线性二次型最优。由提出的广义控制力进而得到机械臂的控制力矩,实现鲁棒控制。最后应用simulink对系统进行仿真,仿真结果验证了方法的正确性和有效性。     

基于鲁棒可靠性的不确定时滞系统最优H∞控制器设计

用区间变量描述控制系统参数的不确定性,提出了不确定时滞系统鲁棒H_∞控制的鲁棒可靠性方法,基于鲁棒可靠性的不确定时滞系统最优状态反馈H_∞控制器设计方法,将系统的最优控制器设计归结为基于线性矩阵不等式(LMI)的优化问题．所设计的控制器可以在满足对所有不确定性鲁棒可靠的前提条件下,具有最优的H_∞鲁棒性能,并能在控制系统的设计中综合考虑控制性能、控制代价和鲁棒可靠性．数值算例说明了所提方法的有效性和可行性．     

离散时间系统的H∞/LTR综合

对离散时间系统的H∞ 干扰衰减问题进行了研究 .以回路传递恢复 (LTR)技术和H∞ 控制理论为基础 ,给出了一种新的离散时间H∞/LTR综合方法 .这种方法包含两个设计步骤 :首先设计一个H∞ 状态反馈控制器 ,以使系统在鲁棒稳定性和干扰衰减特征方面满足设计指标 ;其次设计观测器 ,使得上一步中所获得的H∞ 状态反馈系统的特性得以恢复 .     

一类结构不确定采样系统的鲁棒H∞控制

本文针对一类结构不确定线性采样系统,研究了鲁棒H∞控制问题,给出了系统鲁棒稳定的充分条件及响应的鲁棒H∞控制律和最优鲁棒H∞控制律,控制律的求取通过借助一类线性矩阵不等式(LMI),或通过求取满足线性矩阵不等式约束的优化问题.仿真结果表明,系统在受到扰动后仍然是稳定的,同时给出了最优性能指标随外部扰动加权矩阵的变化规律.     

非线性不确定中立型系统的鲁棒H∞控制

考虑系统外界干扰、系统参数摄动等非线性扰动环节对中立型时滞系统的H∞影响,提出基于Lyapunov稳定性理论的鲁棒H∞控制器的设计思想.利用线性矩阵不等式(LMI)方法,给出了该类具有状态非线性不确定性中立型时滞系统的鲁棒∞控制器的设计实例.在非线性不确定函数满足增益有界的条件下,得到了该类时滞系统满足鲁棒∞性能的一个充分条件.通过求解一个线性矩阵不等式LMI,即可获得鲁棒∞控制器.仿真结果表明了基于Lyapunov稳定性理论,LMI技术设计的控制器克服了系统外界非线性干扰或系统本身非线性参数摄动的影响,实现了闭环系统的H∞性能条件下的渐近稳定,满足了该系统鲁棒H∞控制的要求.     

基于H∞回路成形的无人机纵向鲁棒控制器研究

针对无人机飞行参数及气动参数的不确定性问题,根据H∞理论,提出基于回路成形的无人机鲁棒控制器设计方法.以某小型无人机纵向控制系统为例,采用H∞回路成形设计方法,设计了俯仰角保持控制器;通过选取合适的预补偿器和后补偿器,改善系统奇异值曲线形状,应用小增益定理综合H∞鲁棒控制器,并得出鲁棒稳定裕度;进行数字仿真验证,在仿真中加入5 m/s常值风干扰与20％气动参数摄动等不确定性因素,结果表明,闭环系统能在受到干扰后1.1s恢复到平衡状态,且阶跃响应最大调节时间为1.6s,最大超调量为2.4％,说明所设计的控制器具有满意的抗干扰能力和鲁棒稳定性.     

考虑执行器故障的鲁棒H可靠控制

本文采用比离散模型更一般的连续增益故障模型，提出了线性不确定系统考虑执行器故障鲁棒H∞可靠控制问题，利用 LMI分别给出了多故障鲁棒 H∞可靠控制器和单故障鲁棒 H∞可靠控制器存在的充分条件。在故障情况下，保证闭环系统渐近稳定和可接受的性能指标基础上，优化了无故障正常情况下的指标。在仿真实例中，不仅验证所提出方法的可行性，而且比较了鲁棒 H∞正常控制器和鲁棒 H∞可靠控制器的控制效果，进一步看出对系统进行最优鲁棒 H∞可靠控制器设计的必要性。     

精馏塔H∞非脆弱鲁棒控制的研究

指出了对精馏塔采用高阶常规鲁棒设计的控制器进行降阶所得控制器具有脆弱性,不能保证设计要求的鲁棒性,精馏塔在设计范围内摄动时,系统出现渐扩发散现象.提出将精馏塔控制器摄动转化为被控对象摄动.给出了不需要控制器降阶的精馏塔H∞非脆弱鲁棒PI控制器设计方法.对MIMO精馏塔系统,给出了可简化求解过程的PI控制器形式.讨论了精馏塔非脆弱鲁棒控制不确定性权函数和性能权函数的选择,求解了H∞非脆弱鲁棒PI控制器.仿真结果表明,该精馏塔控制系统具有较好的适应性.     

考虑执行器故障的鲁棒H∞可靠控制

本文采用比离散模型更一般的连续增益故障模型，提出了线性不确定系统考虑执行器故障鲁棒H∞可靠控制问题，利用LMI分别给出了多故障鲁棒H∞可靠控制器和单故障鲁棒H∞可靠控制器存在的充分条件。在故障情况下，保证闭环系统渐近稳定和可接受的性能指标基础上，优化了无故障正常情况下的指标。在仿真实例中，不仅验证所提出方法的可行性，而且比较了鲁棒H∞正常控制器和鲁棒H∞可靠控制器的控制效果，进一步看出对系统进行最优鲁棒H∞靠控制器设计的必要性。