基于模型不确定性鲁棒结构奇异值控制研究

基于鲁棒结构奇异值理论,以工程中普遍存在的封闭空间结构———声耦合模型不确定性系统为对象,提出了设计鲁棒控制器的方法,建立了结构-声耦合系统鲁棒主动控制模型,与鲁棒H∞控制结果相比,μ-synthesis方法对模型不确定性具有良好的稳定鲁棒性和性能鲁棒性。     

μ理论在柔顺力控制中的应用

研究μ理论在柔顺力控制系统中的应用。为模拟空间对接强制校正阶段的推出和拉近过程,提出基于6自由度并联机器人位置内环的柔顺力控制策略。描述基于位置内环的柔顺力控制系统串级控制结构,阐述用经典控制策略实现柔顺力控制的方法。综合考虑参数变化、模型变动和外来干扰等不确定性,利用μ综合控制理论设计鲁棒力控制器。给出鲁棒力控制系统回路中加权函数的详细选取方法和鲁棒力控制器的设计过程。通过μ分析比较鲁棒力控制器和经典力控制器的鲁棒稳定性和鲁棒性能。通过鲁棒力控制器和经典力控制器进行柔顺力控制试验,结果表明了所设计鲁棒力控制器的有效性和优越性。     

基于μ综合的平面单臂柔性梁鲁棒振动控制研究

针对平面单臂柔性梁轨迹跟踪及末端弹性振动问题,提出了基于μ综合的控制方法对其进行抑振控制。首先,采用假设模态法描述弹性变形,并基于Lagrange方程建立动力学模型;其次,考虑载荷质量和结构阻尼的参数不确定性及建模摄动,运用线性分式变换,选用加权函数建立混合不确定模型。通过引入理想模型改进μ综合的标准控制结构,提高了系统收敛性并改善了闭环系统性能。基于μ综合控制方法,设计了系统鲁棒控制器。仿真结果表明,控制器的结构奇异值上下界均小于1,表示系统具有良好的鲁棒稳定性及鲁棒性能。通过与PD控制器对比分析,表明在存在不确定性和干扰的情况下,所提出的控制策略能更高精度地进行轨迹跟踪,更有效地衰减末端振动,验证了该控制策略的有效性。     

电磁轴承μ鲁棒控制

为解决电磁轴承系统建模不确定性问题,建立径向电磁轴承的鲁棒控制模型.提出以结构奇异值作为优化指标的μ鲁棒控制器设计方法,通过引入虚拟不确定块将电磁轴承控制系统的鲁棒性能问题转化为广义系统的鲁棒稳定问题求解,兼顾系统的稳定鲁棒性和性能鲁棒性,减小设计的保守性.借助于Matlab仿真工具给出并比较电磁轴承控制系统不同情况下H∞控制和μ控制的仿真波形.研究结果表明:在允许摄动范围内基于μ综合的电磁轴承鲁棒控制对模型不确定性具有很好的动态特性、稳定鲁棒性和性能鲁棒性.     

μ综合方法在高速列车垂向振动控制中的应用

针对高速轨道车辆簧上质量、弹簧刚度的摄动问题,利用线性分式变换LFT对车辆垂向振动模型进行不确定分析,将模型中摄动参数隔离出来,并根据性能要求选择权函数设计鲁棒μ控制器。以轨道高低不平顺作为外部激励进行仿真,其控制效果与基于名义模型设计的鲁棒H∞控制器进行对比。仿真结果表明:仅存在外部扰动时,鲁棒H∞控制器表现出更优的控制效果;外部扰动和内部参数摄动同时存在时,鲁棒H∞控制器控制效果明显恶化,鲁棒μ控制器表现相对稳定。鲁棒μ控制器在高速轨道车辆垂向振动抑制方面具有较优的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

可重构机械臂构型自适应控制研究

针对可重构机械臂系统存在的不确定性及不同构型下的轨迹跟踪问题,提出了径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络鲁棒自适应补偿控制算法。设计了RBF神经网络补偿控制器自适应逼近补偿系统存在的未知项;为减小控制器逼近误差及适应构型变化时的鲁棒性,在控制律中引入了鲁棒项;基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论设计了构型自适应调节律和鲁棒项并证明了闭环控制系统的稳定性。最后,以两种典型的可重构机械臂构型进行研究,结果表明所提算法能够适应系统构型的改变,同时有效地补偿系统存在的不确定性。     

基于动态模糊神经网络的并联机器人鲁棒复合控制研究

针对6-DOF并联机器人液压伺服系统存在参数摄动和外界不确定性因素干扰的问题,提出了一种基于动态模糊神经网络的鲁棒复合控制策略。在充分分析了液压伺服系统的基础上,对控制系统进行了PD控制器、鲁棒内回路控制器、零相位误差跟踪控制器以及动态模糊神经网络控制器的设计。然后基于MATLAB软件进行了控制系统的运动性能仿真实验分析。结果表明,鲁棒复合控制器的应用在很大程度上了消除了负载交联耦合干扰对系统的影响,而且提高了系统的鲁棒稳定性。     

MSCMG磁轴承μ综合控制方法与实验研究

针对磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承控制对象模型各通道的不一致性引起存在的参数摄动和未建模动态等问题,提出了一种基于结构奇异值μ分析的鲁棒控制器设计方法。该方法可直接将参数摄动和未建模动态引入到控制器的设计中,无需将其转化为一类更大范围的不确定性,避免了H∞方法的不必要保守性,还可对系统的鲁棒性能问题进行分析和综合。实验结果表明,与常规PID控制器相比,系统阶跃响应的位置超调量与稳定时间均有较大程度的改善,同时对系统参数的摄动也具有较强的鲁棒性,证明了μ综合法设计控制器的有效性。     

线性不确定性电液位置伺服系统的前馈补偿滑模鲁棒跟踪控制研究

针对线性不确定性系统的鲁棒跟踪控制问题,提出了一种前馈补偿滑模鲁棒跟踪控制方法,并证明了采用该方法所构成的闭环系统是李亚普诺夫意义下渐近稳定的,将该控制器设计方法应用于某结构疲劳试验机电液位置伺服控制系统,验证了所设计控制器的有效性。仿真和实时控制结果均证明：对存在不确定性的结构疲劳试验机电液位置伺服系统,应用该研究所提出的具有前馈补偿的滑模鲁棒跟踪控制器,能较有效地削弱常规VSC所固有的抖振现象,在不同的负载条件下跟踪不同频率的正弦信号均能获得良好的跟踪精度,控制器对系统的不确定性呈现较强的鲁棒性。     

基于扩展干扰观测器的主动升沉补偿系统自适应鲁棒控制

针对不确定性及外部干扰下主动升沉补偿系统的非线性控制问题,提出一种基于扩展干扰观测器自适应鲁棒控制器。扩展状态观测器将外部扰动扩张成新的状态变量,利用输出反馈观测扩张的状态。基于反步法构建自适应控制器,结合拓展状态观测器处理系统方程存在的建模误差、外干扰、不确定性及参数不确定性。基于滑模控制方法,设计非线性滑模反馈律,从而提高系统在外部干扰下的鲁棒性能。最后,通过李雅普诺夫函数证明整个闭环系统的稳定性。基于升沉补偿电液伺服系统进行仿真实验,结果表明:所设计控制器在存在不确定性及外部干扰的情况下具有良好的控制精度及鲁棒性。     

摩擦力不确定的机器人液压驱动器的精确控制

基于H∞鲁棒控制器来改善机器人液压系统位置控制性能。首先经液压动力学和机械动力学分析,建立液压驱动系统的数学模型,摩擦力采用Dahl模型。然后按系统参数标称值设计基于混合灵敏度的H∞鲁棒控制器,对权值函数进行优化选择。最后经仿真和实验验证得出如下结论：该控制方法可以有效抑制摩擦力参数误差对位置跟踪控制的影响,尤其在速度换向时摩擦力模型的不确定性产生的影响,显著减小了位置跟踪误差,且该控制器稳态和过渡性能都优于传统PID控制器。     

驱动大惯量低刚度负载的推力矢量控制电动伺服机构的μ综合鲁棒控制

针对电动伺服机构存在的由参数摄动和建模误差引起的不确定性问题,应用μ综合理论研究一类用于驱动大惯量、低刚度负载的飞行器电动伺服机构的鲁棒控制技术。为了解决该类电动伺服机构按照单自由度系统建模会产生较大偏差的问题,通过对推力矢量控制电动伺服机构的动力学分析,建立其2自由度数学模型。针对被控对象位置指令跟踪和力矩干扰抑制的性能要求,通过处理参数摄动和建模误差设计μ综合控制器,并提出一种加权函数的优化设计方法。利用Matlab软件对μ综合控制器在系统标称和正反向最大摄动三种情况下的控制特性进行仿真研究,并将μ综合控制器与H∞控制器进行比较。仿真结果表明对该类伺服机构而言,所设计的μ综合控制器有效地克服了H∞控制器的保守性,能使闭环系统既具有良好的性能鲁棒性,又满足了控制系统的动态性能指标要求。所提出的加权函数的优化设计方法有利于鲁棒控制技术在工程上的应用。     

列车垂向振动的混合灵敏度H_∞鲁棒控制

为有效抑制车辆振动,提出一种列车主动悬挂H_∞鲁棒控制器的设计方法。通过合理简化,建立车辆垂向振动动力学模型,同时,考虑到名义对象的不确定性和系统的性能要求,选用合适的权函数,设计出基于混合灵敏度PS/T广义模型的输出反馈式H_∞鲁棒控制器,并运用DGKF法给出控制器存在的充分条件。仿真结果表明:混合灵敏度H_∞鲁棒控制器能有效抑制车体的垂向振动,保证列车的乘坐舒适性和运行平稳性。     

不确定线性系统鲁棒跟踪控制器的优化设计

基于优化二次型性能指标,以MATLAB为工具对具有乘性不确定线性系统的鲁棒跟踪控制器的优化设计问题进行研究.以一实例来说明鲁棒跟踪控制器具体的设计方法,给出该不确定系统鲁棒跟踪控制器的参数及系统的跟踪轨迹曲线.结果表明,所设计的鲁棒跟踪控制器能有效的跟踪给定,所提出的设计方法是有效的.     

外骨骼式多指测量机器人研究

提出了一种新的外骨骼式多指测量机器人，用于对舱外航天服手套力学特性测量。本文设计的基于平行四边形连杆的外骨骼式机械手指，机械刚度大，指节长度根据需要可调节，能够围绕航天服手套实现包络运动且可实现双向驱动。根据机械手的结构特点,建立了其运动学模型。在手指动力学基础上设计了鲁棒μ控制器，分析了系统的模型不确定性，将负载动力学作为系统的反馈不确定，建立了合理的被控对象标称模型，轨迹跟踪实验表明μ控制器能够抑制干扰对机器人系统的影响，使系统具有鲁棒的稳定性和性能。测量实验表明外骨骼式多指机器人人系统的可靠性和测量原理的正确性。     

四轮独立驱动EV侧向稳定性H∞鲁棒容错控制

为解决参数不确定性四轮独立驱动电动汽车发生执行器及传感器故障时车辆侧向稳定性控制问题,提出一种H_∞鲁棒容错控制方法。运用故障矩阵函数引入车辆连续性故障,建立了考虑执行器及传感器故障的二自由度车辆参数不确定性动力学模型。运用线性矩阵不等式求解方法设计车辆侧向稳定性H_∞鲁棒容错控制器,保证车辆动力学系统渐近稳定性及抗干扰能力,实现控制系统H_∞鲁棒性能满足给定的干扰衰减指标。搭建CarSim与MATLAB/Simulink联合仿真实验平台,验证控制器的有效性。仿真实验表明,所设计H_∞鲁棒容错控制器能有效提升了车辆的侧向稳定性及安全性,对车辆故障具有良好的容错控制能力。     

具有状态约束的电液伺服系统模型参考鲁棒自适应控制

针对电液伺服系统中的模型不确定性和状态约束问题,设计了一种模型参考鲁棒自适应控制(MRRAC)方法。将电液伺服系统的近似模型作为模型预测控制(MPC)的设计对象,在设计过程中考虑状态约束,并生成受约束的状态期望,作为后续伺服控制方法的参考指令。为了克服液压系统中的模型不确定性,基于反步法设计了鲁棒自适应控制器(RAC),实现了兼顾模型不确定性和状态约束的伺服控制。基于Lyapunov稳定性理论证明了所设计控制策略的闭环渐近稳定性,且系统所有信号均有界。仿真结果表明,控制器对于系统模型不确定性具有较强的鲁棒性,且可实现对指定状态的有效约束,充分验证了该控制策略的有效性。     

基于神经网络的机器人鲁棒跟踪控制

针对具有参数不确定以及外部扰动的机器人系统,提出了一种基于神经网络的鲁棒跟踪控制策略。鲁棒补偿控制器用于消除系统参数以及外部干扰引起的不确定性的影响,再利用神经网络学习系统不确定性未知上界。仿真结果表明,方法能有效克服机器人系统模型的不确定性和外部干扰,具有良好的鲁棒性和控制性能。     

交流位置伺服系统的H_∞鲁棒控制研究

分析了数控机床位置伺服系统存在的不确定性 ,应用混合灵敏度设计方法设计H∞ 鲁棒控制器。详细讨论加权函数阵的选取方法 ,以及被控对象模型中含有一个积分环节控制器的设计方法。通过仿真试验证明该控制器对于模型参数摄动具有很好的鲁棒稳定性 ,对于负载扰动具有很强的抑止能力。     

基于动态逆模型的电液位置伺服系统复合控制

电液位置伺服系统是典型的非线性系统,且往往存在较强的外部干扰.正是由于系统非线性及不确定性,传统方法设计的闭环控制器往往不能满足系统的高性能需求.基于系统动态逆模型设计出复合控制器,包括前馈控制器和鲁棒控制器,分别用于提高系统的控制精度及鲁棒性,给出电液位置伺服系统鲁棒控制器的一般设计方法,并针对电液伺服系统的主要非线性参数,给出在线预估的自适应方法.最后给出复合控制器的验证实例,并对所建数学模型及参数预估方法进行验证,试验结果表明,所提出的基于动态逆模型的复合控制策略提高了系统控制精度,增强了系统抑制外干扰的能力,拓展了系统双十频宽.