基于鲁棒H∞理论的三级倒立摆控制系统研究

为了研究三级倒立摆的鲁棒控制方法,设计出三级倒立的状态反馈H∞控制器。仿真结果表明三级倒立摆具有良好的鲁棒稳定性、鲁棒性、抗干扰性,实现了对三级倒立摆的稳定控制。同时运用了状态空间极点配置法和LQR最优控制法,分别设计出针对三级倒立摆的控制器。经比较研究：采用状态反馈H∞方法设计的三级倒立摆控制器的控制效果非常好,使其具有较小的振荡和超调量,倒立摆起摆迅速,稳定控制性能优良。     

基于人工蜂群优化的环形二级倒立摆H∞鲁棒控制器设计

采用H∞回路成形控制方法实现环形二级倒立摆系统的平衡控制;对于H∞回路成形控制器来说,权函数的选择直接影响控制器性能,而往往权函数的选择是需要通过设计人员的不断试凑来完成,不仅设计效率低下,而且无法得到最优的控制性能;因此引入人工蜂群算法,依靠其优异的全局寻优能力,完成对H∞回路成形控制器权函数的求解并保证最优的控制器性能;仿真结果表明,蜂群算法能够寻优到最优的权函数参数,对应的H∞控制器能够保证环形二级倒立摆在受到外界干扰的情况下依然保持在平衡位置。     

环型二级倒立摆的控制研究与实验

通过分析环型二级倒立摆系统的动力学特性，将系统的状态空间方程在“倒立”的平衡点会近进行线性化处理，应用线性二次型最优控制策略，对环型二级倒立摆进行控制器的设计与仿真实验，并成功地将所设计的控制器应用到实际的环形二级倒立摆系统上，使其稳定地平衡在“倒立”状态，所做应用与实际实验在国内尚未见到报道。     

二级倒立摆的H∞状态反馈控制

本文扼要地给出了结构参数不确定系统H∞范数约束下二次稳定的充要条件及相应的控制器设计方法，并对典型的二级倒立摆平控制进行了研究，通过仿真等手段，与常规LQG设计结果进行了全面比较。     

二级倒立摆的二次型最优控制研究

倒立摆系统以其自身的不稳定性而难以控制,也因此成为自动控制实验中验证控制策略优劣的极好的实验装置。针对二级倒立摆系统的平衡控制问题,对其进行数学建模,应用二次型最优控制理论设计了控制器。仿真结果表明,二次型最优控制对于典型非线性自不稳定系统有着很好的控制能力。     

回旋式倒立摆的H∞控制

倒立摆系统具有多变量、非线性、强耦合和不确定的特点,常被用来验证控制算法的优劣性。H∞在干扰抑制和鲁棒性上均有较为突出的表现。在对倒立摆控制研究情况和 H∞控制理论发展情况进行简单介绍后,围绕一阶回旋式倒立摆的H∞控制进行研究。首先,基于拉格朗日方程对一阶倒立摆进行动力学分析,并近似地得到平衡点附近的线性方程;对倒立摆系统进行分析,得到倒立摆系统是能观能控系统、但平衡点不稳定的结论。其次,简单介绍基于里卡蒂方程的 H∞控制器求解方法,并证明该控制器能够保证系统的稳定性。最后,仿真确定加权矩阵各元素和 H∞性能指标的大小对系统性能的影响和对电机扭矩的要求,并最终确定一组相对合适的参数进行控制器设计。     

二轮行走倒立摆系统建模与鲁棒方差控制

为了控制二轮行走倒立摆在保持摆杆稳定的同时在水平面上自由行走，首先应用动力学原理对其进行受力分析。建立整个系统的状态空间方程，并将该方程解耦分解成两个独立的子系统。在建模的过程中充分考虑系统中可能存在的不确定性以及噪声。然后在不确定模型的基础上，应用具有圆盘极点和反差约束的鲁棒控制算法来设计该系统的状态反馈控制律，使得闭环系统在噪声以及所有允许的不确定性的影响下，仍然能够保证较好的动态和稳态性能。仿真和实际应用均表明该方法是有效的。     

复合摄动系统的H∞ 鲁棒性能设计

本文对具有实参数摄动和未建模动态不确定性的复合摄动问题的鲁棒性能设计进行了深入研究，首次提出利用H∞控制理论中的混合灵敏度方法处理某些复合摄动问题的鲁棒性能设计．其思路是：首先将复合摄动问题的鲁棒性能设计转化为参数不确定性系统的鲁棒性能设计问题；然后将这种参数不确定性问题变换成标准H∞控制问题结构；最后利用“DGKF”或状态反馈的方法获得问题的解．     

不确定线性内互联大系统的分散鲁棒H∞控制

讨论含有界不确定性的线性内互联大系统,通过分散状态反馈和分散动态输出反馈的鲁棒Ｈ∞控制问题,首先给出一个重要引理,然后基于有界实引理分别导出放动态输出反馈的分散鲁棒Ｈ∞控制问题有解的充分必要条件,该条件及其问题的求解等价地转化成一个线性矩阵不等式和双线性矩阵不等式的求解。     

线性时变不确定时滞系统的鲁棒H∞ 控制

本文主要研究了状态和控制同时存在滞后的线性时变不确定时滞系统的鲁棒H∞控制．问题，给出了对所有容许不确定性，被控对象可二次镇定和满足从于扰输入到控制输出的H∞范数界约束的无记忆状态反馈鲁棒H∞控制分析结果，得到了确保鲁棒H∞控制器存在的充分条件．文中进一步把不确定系统的鲁棒H∞控制器设计问题等价为线性时不变系统的状态反馈标准H∞控制问题，并由此得到鲁棒H∞控制器综合设计方法．     

单级倒立摆基于LMI的H∞控制

采用拉格朗日方法对单级倒立摆系统进行了数学建模,并进行了稳定性、可控性、可观测性分析。针对单级倒立摆系统的控制问题,采用基于线性矩阵不等式（LMI）的H∞控制算法,并应用matlab对该倒立摆系统进行了仿真实验。结果表明,基于LMI的H∞控制方法考虑了被控对象中存在的各种不确定因素,抑制了扰动对输出的影响,系统的振荡小,调节时间短,响应速度快,使系统具有较强的鲁棒性和较好的动态性能,能够较好地完成倒立摆的运动控制。     

单级倒立摆基于LMI的H∞控制

采用拉格朗日方法对单级倒立摆系统进行了数学建模,并进行了稳定性、可控性、可观测性分析。针对单级倒立摆系统的控制问题,采用基于线性矩阵不等式(LMI)的H∞控制算法,并应用matlab对该倒立摆系统进行了仿真实验。结果表明,基于LMI的H∞控制方法考虑了被控对象中存在的各种不确定因素,抑制了扰动对输出的影响,系统的振荡小,调节时间短,响应速度快,使系统具有较强的鲁棒性和较好的动态性能,能够较好地完成倒立摆的运动控制。     

二级倒立摆的H_∞状态反馈控制

本文扼要地给出了结构参数不确定系统H.范数约束下二次稳定的充要条件及相应的控制器设计方法,并对典型的二级倒立摆平衡控制系统进行了研究.通过仿真等手段,与常规LQG设计结果进行了全面比较.     

二级倒立摆的参变量模糊控制

本文主要研究用参变量模糊控制对二级倒立摆进行实时控制的问题。提出了Ｆｕｚｚｙ控制多变量系统的一种分析方法，给出了综合误差、综合误差变化率的概念，并叙述了综合系数的设计方法。应用综合误差理论设计了带参变量Ｆｕｚｚｙ控制器，且用３８６微机对二级倒立摆进行实时控制，取得了较好的效果。     

具有结构不确定性系统的鲁棒H∞控制*

本文研究具有结构不确定系统的鲁棒Ｈ∞状态反馈控制问题，这个问题的解涉及到一个代数Ｒｉｃｃａｔｉ方程，通过分析，这个问题的解与一个辅助的线性时不变系统的Ｈ∞状态反馈控制问题的解是等价的，把这一结果求解具有结构不确定性系统的鲁棒Ｈ∞动态输出反馈控制问题，很方便地给出只需求解两个代数Ｒｉｃｃａｔｉ方程的鲁棒Ｈ∞动态输出反馈控制问题的解。     

二级倒立摆系统设计

自行设计了二级倒立摆硬件系统，完成了机械部分与电路部分的总体设计、加工、组装和调试。自行设计并制作了倒立摆系统控制盒，利用控制盒实现了对角度、位移等状态变量信息的滤波、处理与控制指令的输出。利用Lagrange方法建立了二级倒立摆系统的完整数学模型，同时利用滑动模态变结构控制算法设计了相应的控制率，基于VisualStudi06．0环境编写了控制算法，成功的实现了对于二级倒立摆系统的稳定控制。     

不确定平面二级倒立摆的鲁棒自适应控制

为提高倒立摆控制系统的抗扰动能力,降低其对未建模动态等的敏感度,研究了不确定平面二级倒立摆的鲁棒自适应控制器的设计方法。把倒立摆动力学模型分解为确定和不确定两部分,用一个非线性参数化模糊逻辑系统逼近平面二级倒立摆的不确定动态,采用李雅普诺夫稳定性理论推导出使平面二级倒立摆的状态误差渐近收敛的鲁棒控制器及自适应律。理论分析和仿真结果表明所提出的控制算法是有效的。     

鲁棒容错H_∞控制系统设计

研究了不确定线性系统的鲁棒容错H∞ 控制问题 ,针对传感器失效故障 ,提出一种对传感器失效具有完整性、对参数不确定性具有鲁棒性且满足给定干扰衰减指标的鲁棒容错控制器设计方法 ,并讨论了执行器失效的情况     

一类不确定非线性系统的鲁棒H∞控制

讨论了在自由系统和输入通道都带有有界不确定性的仿射非线性系统的鲁棒H∞控制问题,给出了状态反馈控制设计,对所有允许的不确定性它既能保证关于H∞模的干扰抑制品质,又能镇定该系统.同时指出如果一个相应的Hamilton-Jacobi不等式有非负解,则该不确定仿射非线性系统的鲁棒H∞控制问题可解.     

不确定线性系统的输出反馈鲁棒H∞控制

研究了具有范数有界参数不确定线性系统的输出反馈鲁棒Ｈ∞控制问题，给出了该系统带Ｈ∞指标γ鲁棒稳定的充要条件，以及该系统静态输出反馈带Ｈ∞指标γ鲁棒镇定的充要条件，并且指出，系统的动态输出反馈鲁棒Ｈ∞镇定问题可等价为广义系统的静态输出反馈鲁棒Ｈ∞镇定问题，所给出的方法，其设计过程只需解一个特殊的Ｒｉｃｃａｔｉ方程最后通过实例论证了方法的有效性。