线性时变参数系统的混合鲁棒H2/H∞控制

研究具有模型参数不确定性和外部扰动的一类系统，即线性变参数系统（LPV）。考虑参数在多胞内变化，系统状态方程可以由多胞矩阵描述，利用H2／H∞范数条件与系统状态空间实现的线性矩阵不等式（LMI）之间的等价性，来求出H2／H∞。设计问题的解，同时设计含有极点配置的多胞状态反馈控制器，使闭环系统具有所期望的混合H2／H∞性能和动态特性。给出一个弹簧阻尼器算例进行分析求解，仿真说明了系统的鲁棒稳定性和对脉冲干扰的抑制作用，验证了设计方案的有效性。     

机器人多胞变增益输出反馈H∞控制

针对n类关节的刚性机器人，提出一种设计包含极点配置的多胞变增益输出反馈H∞控制器的新方法．利用平衡族附近的线性化，机器人系统可化为一关于平衡族的连续线性变参数系统，通过引入滤波器得到易于设计变增益控制器的增广对象，并将其凸分解为多胞表示，基于二次D-稳定和二次H∞性能概念，利用多胞特性将整个控制器设计转化为对胞体顶点控制器的设计，然后利用LMI方法，对多胞的各顶点分别设计满足H∞性能和动态特性的输出反馈控制器，最后综合顶点控制器得到具有同样多胞结构的全局连续变增益控制器．实验结果验证了此控制器的有效性和先进性。     

压水堆功率跟踪自适应保性能控制器设计

针对压水堆动态模型的高度非线性和不确定性特点,本文提出一种自适应保性能跟踪控制器(adaptive guaranteed cost control,AGCC)设计方法.首先以堆芯的点堆方程为基础,引入功率跟踪误差的积分项,构造反应堆的增广状态空间模型,再结合线性参数变化(linear parameter varying,LPV)理论,建立了堆芯系统的多胞LPV模型.该控制器的控制输入由状态反馈控制和不确定性补偿组成,结合保性能控制理论和多胞模型理论,求解线性矩阵不等式得到变增益状态反馈矩阵,确保闭环系统全局渐近稳定;利用李亚普诺夫稳定理论得到不确定性参数的自适应律,实现对系统不确定性的动态补偿.仿真结果表明,该控制器不仅对系统不确定项具有自适应性,而且有较好的负荷跟踪性能.     

基于保H∞性能插值的变增益输出反馈控制

针对线性变参数系统,基于保H∞性能插值设计一种无需变参数变化率反馈的变增益 输出反馈控制器.在将控制器设计转化为关于参数矩阵的LMI问题后,基于"H∞性能覆盖"的 概念给出了划分变参数集的充分条件,并将变参数集划分为若干充分小的子集,对各子集寻找 满足要求的常数矩阵并利用插值来得到所要求的连续参数矩阵.此控制器消除了变参数变化率 反馈并通过对变参数变化率上界的限制降低了控制器设计的保守性.实验结果验证了其有效性.     

不确定离散时间系统的变增益H2H∞滤波

研究凸多面体不确定离散时间系统的变增益H2/H∞滤波器设计问题.通过引入附加松弛变量,提出一种新的Lyapunov矩阵与系统矩阵解耦的混合H2/H∞性能准则.基于该性能准则,推导了变增益H2/H∞滤波器存在的充分条件,并将滤波器设计问题转化为具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题.仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

风力机的线性变参数主动容错控制

针对风力机具有非线性和参数的不确定性的特征,提出了基于线性变参数(linear parameter varying,LPV)增益调度的风力机主动容错控制方法,降低故障对机组动态特性的影响.基于LPV凸分解方法,将风力机的非线性模型转化为具有凸多面体结构LPV模型,利用线性矩阵不等式(linear matrix inequalities,LMIs)技术对凸多面体各个顶点分别设计满足性能要求的控制器,再利用各顶点设计的反馈控制器得到具有凸多面体结构LPV容错控制器.仿真结果表明,LPV增益调度技术可以成功地应用于风力机系统的容错控制.     

不确定系统混合H2/H∞鲁棒控制的直接迭代LMI方法

设计多胞型不确定系统的控制器时,引入附加变量能够减小设计保守性,但这会使线性矩阵不等式(LMI)的维数大大增加,控制器难以求解.本文阐述了一种基于直接迭代线性矩阵不等式(DILMI)方法的混合H2/H∞鲁棒控制方法.首先借助于仿射二次稳定理论将整个多胞型不确定集合的稳定性问题转化为该集合各顶点的稳定性问题.利用参数依赖Lyapunov方法,给出了一个保证系统鲁棒稳定,并满足混合H2/H∞性能指标的充分条件.随后采用DILMI算法实现了Lyapunov变量和控制增益的解耦,无需引入附加变量就能够求解充分条件中的非凸优化问题.最后,关于F-16多胞型模型的飞行仿真验证了该方法的有效性.     

机器人LFT变增益H∞控制

针对平面两关节直接驱动机器人,基于LMI技术提出一种设计能保证在整个运动范围内始终具有很好动态性能的LFT变增益H∞控制器的新方法.将机器人系统转化为以两关节夹角余弦值为变参数的LPV模型并表示为关于变参数的LFT结构,利用变参数的测量值设计具有相同LFT结构的LPVH∞控制器,将此控制器的设计等价为以变参数为不确定项的LTI鲁棒控制器的设计并给出控制器可解的LMIs条件,然后归纳出获得控制器的求解方法.此控制器既克服了传统变增益控制器的缺陷,又利用变参数的测量值降低了控制器设计的保守性.实验结果验证了此控制器的有效性和先进性.     

非线性变参数系统的混合 H2/H∞控制

本文研究了一类非线性变参数系统的混合 H2/H∞ 保性能控制问题. 基于Lyapunov稳定性理论, 建立了状态反馈混合 H2/H∞ 保性能控制的可解性条件. 该条件是依赖于状态和参数的线性矩阵不等式, 显式地体现了系统的时变和非线性特性, 通过多项式平方和方法, 可以转化为优化问题. 特别地, 本文构造一种新颖的控制器和Lyapounov范数. 在此基础上, 研究了基于多项式平方技术的不确定非线性变参数系统混合 H2/H∞ 保性能控制问题. 最后, 通过倾转旋翼飞行器实例和数值仿真均验证本文方法的可行性和有效性.     

具有方差和极点约束的不确定系统鲁棒H∞输出反馈控制

针对一类具有范数有界不确定性的连续系统和二次矩阵不等式区域,考虑系统具有方差和区域极点约束的输出反馈控制器设计问题．为此首先导出闭环系统区域稳定的充分必要条件．然后用线性矩阵不等式方法给出输出反馈控制器存在的一个充分条件．在此充分条件下闭环系统是鲁棒区域稳定的且具有H∞性能以及当干扰为白噪声信号时其稳态状态方差有限．接下来用矩阵分解方法给出输出反馈控制器增益矩阵的求解过程．最后通过一个仿真实例说明本文所提出的控制器设计方法的有效性．     

受控正系统的弹性静态输出反馈鲁棒H∞控制

首先,利用线性矩阵不等式(LMI)及有界实引理,借助一个小的标量,得到了受控正系统弹性静态输出反馈鲁棒H∞控制的一个充分条件,使得控制器参数与未知参数分开,从而更有利于弹性静态输出反馈控制器的设计.然后,基于此条件,针对控制矩阵的一种特殊情形给出了一个推论,并得到了更一般的受控正系统弹性静态输出反馈鲁棒H∞控制的充分条件,其中的控制器增益矩阵均可根据锥补线性化技巧来进行求解.最后,利用数值仿真表明了结论的有效性.     

不确定广义系统的降阶H∞控制器设计

研究基于函数观测器的不确定广义系统的降阶H∞控制器设计问题.首先提出了基于严格线性矩阵不等式的不确定广义系统H∞控制的充分条件,并用于状态反馈H∞控制设计.然后对所得控制增益进行降阶观测,基于广义Sylvester矩阵方程的显式通解,考虑系统的H∞性能约束,提出了降阶输出反馈控制器的参数化设计方法.     

喷水推进式水面机器人H∞鲁棒航向跟踪控制

针对水面机器人(unmanned surface vehicle, USV)航向跟踪容易受到风、浪与水流干扰影响的问题,提出了一种基于线性变参(linear parameter varying, LPV)模型的H_∞鲁棒航向跟踪控制器.首先从水动力学机理出发,提出了基于速度变参的LPV模型.然后基于提出的速度变参LPV模型,利用线性矩阵不等式设计了USV的H_∞鲁棒航向控制器,用以抵抗风、浪与水流对机器人的影响.最后,在自主研发的3自由度欠驱动喷水推进式USV平台上进行了实验.实验结果表明,控制器可以实现鲁棒的航向跟踪控制.     

线性不确定离散时滞系统的鲁棒非脆弱H∞控制

基于线性矩阵不等式(LMI)方法,研究了线性不确定离散时滞系统的鲁棒非脆弱H∞状态反馈控制器的设计问题.系统的不确定项参数和控制器的增益变化都是时变的且满足线性分式形式的范数有界.考虑了控制器增益存在加性和乘性摄动的2种情形,以LMI形式给出了非脆弱H∞控制器存在的充分条件,保证了闭环系统的鲁棒稳定性和一定的H∞衰减水平.实例表明了该设计方法的有效性.     

非线性系统有输入饱和时基于平方和的鲁棒模型预测控制器

本文针对带有参数不确定和输入饱和的单输入单输出(SISO)仿射非线性系统,利用反馈线性化,将非线性系统转化为带有扰动和状态依赖输入饱和的多胞线性参变(LPV)模型,进而提出一种基于平方和(SOS)的鲁棒模型预测控制器(RMPC)设计方法.基于多胞RMPC控制器,设计加权状态反馈控制律,通过引入范数有界定理,确保扰动下预测状态收敛到不变集内,并利用勒让德多项式近似和SOS技术,将状态依赖输入饱和约束转化为多项式凸优化问题,以获得实际和辅助状态反馈律,所设计的SOS-RMPC控制器能够保证闭环系统的稳定性.通过与常规多胞RMPC控制器的仿真比较,验证了本方法的有效性,并进一步仿真分析了勒让德多项式阶次对控制器性能的影响.     

机器人多胞变增益输出反馈H∞控制

针对n类关节的刚性机器人,提出一种设计包含极点配置的多胞变增益输出反馈H_∞控制器的新方法.利用平衡族附近的线性化,机器人系统可化为一关于平衡族的连续线性变参数系统,通过引入滤波器得到易于设计变增益控制器的增广对象,并将其凸分解为多胞表示,基于二次D 稳定和二次H_∞性能概念,利用多胞特性将整个控制器设计转化为对胞体顶点控制器的设计,然后利用LMI方法,对多胞的各顶点分别设计满足H_∞∞性能和动态特性的输出反馈控制器,最后综合顶点控制器得到具有同     

基于H∞/H2的多变量约束热轧带钢AGC鲁棒控制

研究了热轧带钢自动厚度控制(AGC)的鲁棒控制问题.为了消除轧制过程中其它变量对厚度控制精度的影响,提出了一种基于H∞/H2的多变量约束控制策略.首先,采用高阶未建模扰动对控制输入传函的H∞范数作为鲁棒性能指标,张力与活套等约束量对输出评价信号传函的H2范数作为LQG性能指标,建立了受约束的厚度控制模型.其次,设计了H∞/H2状态反馈鲁棒控制器,把受约束的AGC控制转化为系统在模型摄动与外界扰动下满足一定性能指标的鲁棒控制问题.最后,仿真结果表明,所设计的H∞/H2控制器具有良好的鲁棒控制特性.     

不确定性无尾飞行器LPV变增益控制器设计

无尾式飞行器由于其独特的优点成为今后飞行器发展的方向,其飞行包线范围大,参数变化剧烈,需要时其在整个工作区域内实行控制.采用基于线性变参数(LPV)系统的变增益控制方法,利用多胞形模型法对系统进行增益调度,提出一种简单实用的变参数顶点凸分解方法,该方法利用动态系统的间隔度量对顶点进行加权求和,在保证系统稳定的情况下,确保系统达到更佳的性能指标.充分考虑了无尾式飞行器的不确定性,利用线性矩阵不等式时某无尾式飞行器进行控制器设计,非线性仿真结果表明该方法能够在参数变化剧烈的情况下,使得系统在1.5 s内收敛,并且没有超调量,同时系统状态变量变化平缓,证明了该方法在大范围工作区域内的有效性.     

具有方差和极点约束的不确定系统鲁棒H∞输出反馈控制

针对一类具有范数有界不确定性的连续系统和二次矩阵不等式区域, 考虑系统具有方差和区域极点约束 的输出反馈控制器设计问题. 为此首先导出闭环系统区域稳定的充分必要条件. 然后用线性矩阵不等式方法给出输出反馈控制器存在的一个充分条件. 在此充分条件下闭环系统是鲁棒区域稳定的且具有H-infinity性能以及当干扰为白噪声信号时其稳态状态方差有限. 接下来用矩阵分解方法给出输出反馈控制器增益矩阵的求解过程. 最后通过一个仿真实例说明本文所提出的控制器设计方法的有效性.     

蒸汽发生器水位的输出反馈H_∞控制

线性参数变化(LPV)输出反馈H∞控制器的设计,用于具有动态参数变化的蒸汽发生器的水位控制系统.首先考虑蒸汽流量和给水流量对水位的影响,建立LPV系统的数学模型,然后运用线性参数变化的理论和Lyapunov稳定性理论设计蒸汽发生器水位控制系统的输出反馈H∞控制器.控制器既保证了系统的稳定性,又有很好的性能指标,过程是控制器按照反应堆功率自动调节,控制器的求解过程是以线性矩阵不等式的形式表达出来的.最后运用Matlab软件对水位控制系统进行仿真,仿真结果很好地验证了控制器的可行性.