基于H∞鲁棒控制和特征结构配置的无人机横侧向控制器设计

以PID为核心的无人机横侧向控制系统易受到参数摄动和外部扰动的影响,鲁棒性较差;针对这点不足.将H∞鲁棒控制理论与特征结构配置理论相结合设计了飞机横侧向控制器;用输出反馈的特征结构配置方法设计内环,以改善系统的动态性能,在此基础之上,利用H∞鲁棒控制理论设计外环,保证系统的稳态性能和鲁棒性;以协调转弯为例、对某无人机设计了横侧向控制器并进行了仿真,仿真结果表明,当选取状态变量β,P,r,φ,δa,δr,βe/s,φc/s,δoc,δr0对应的性能指标系数为c1=0.001,c2=0.002,c3=0.001,c4=0.002,c5=0.001,c6 =0.001,c7=0.3,c8=0.5,c9=1,c10=1时,无人机在有风干扰下仍然能够很好地跟踪输入指令,无稳态误差,调节时间短,仿真效果良好.     

复合摄动的有源结构声辐射系统鲁棒H∞控制研究

应用Ｈ∞控制原理,研究结构声辐射主动控制系统在复合摄动下对外扰响应衰减的鲁棒问题。将未建模动态作为系统的附加干扰,把复合摄动鲁棒性能设计转化为参数不确定系统的鲁棒性能设计,然后将参数不总理２转化为标准Ｈ∞控制问题求解,仿真结果表明,系统对复合摄动具有较强的鲁棒性,并能有效地抑制外扰。     

鲁棒极点约束的H∞设计

讨论在H∞混合灵敏度问题中加极点约束以避免零极点对消的设计问题,给出了乘性不确定性下的鲁棒极点约束的LMI。讨论了极点约束问题中性能权函数的处理方法。给出了H∞控制挠性系统的设计算例。     

一类高速采样不确定系统的鲁棒H∞滤波器设计

研究含有多面体参数摄动Delta算子系统的鲁棒H∞滤波问题．基于Delta算子系统有界实引理，提出了新的参数依赖型鲁棒H∞性能准则．利用该性能准则，采用线性矩阵不等式技术推导了此类系统全阶鲁棒H∞滤波器存在的充分条件，并通过求解一个凸优化问题来设计滤波器．与基于二次稳定的滤波方案相比，该方法具有较小的保守性．最后以数值示例验证了所提出方法的可行性．     

混合H2/H∞鲁棒控制器设计

在状态空间描述下,定义了混合H2/H∞控制的完整信息、完整控制、干扰顺馈、输出估计这4种典型情况.在二次稳定意义上,讨论了混合H2/H∞的性能指标,及这4种典型情况的混合H2/H∞线性反馈控制器设计,给出了充分必要条件.在典型情况分析的基础上,研究一般意义上的混合H2/H∞反馈控制器设计.H2和H∞的干扰输入阵及性能评价函数各不相同时的混合H2/H∞反馈控制器,与H2和H∞控制器设计相似,归结为解两个Riccati方程.但这两个Riccati方程含有参数,最优解要通过搜索这两个参数得到.结果包含了单纯的H2和H∞设计,可看作是H2,H∞和混合H2/H∞的统一设计方法.最后通过一个简单的例子,说明了控制器设计方法的可行性.     

不确定线性组合系统的鲁棒H∞性能的判定

针对一类线性组合不确定系统的结构特征提出了分散鲁棒H∞性能的概念。它充分利用组合系统的互联结构,为研究大系统H∞性能提供了新途径。给出了大系统具有分散鲁棒H∞性能的条件,以及利用分散鲁棒H∞性能判断大系统的整个鲁棒H∞性能的方法。结果表明,大系统的H∞性能与子系统H∞性能密切相关。只要每个子系统具有鲁棒H∞性能,则要同样的控制条件下,大系统也具有鲁棒H∞性能,只是性能指标弱一些。     

基于直接状态空间理论的H∞鲁棒控制器设计方法及实例

鲁棒性是系统的重要性能指标。H∞鲁棒控制能够解决系统存在不确定性时的鲁棒性问题。一般的H∞鲁棒控制器设计方法的计算量偏大。基于直接状态空间理论，通过无迭代的求解两个Riccati方程得到具有鲁棒性的控制器，从而解决了计算量偏大的问题。最后讨论了H∞控制理论的应用。     

基于LMI的H∞鲁棒PID控制器设计

针对一类线性系统,研究了基于H∞的鲁棒PID控制器的设计方法,使得闭环系统的所有极点均位于一个给定的LMI区域中.采用线性矩阵不等式的处理方法,证明了该问题等价于一组线性矩阵不等式的可解性问题.利用该线性矩阵不等式的可行解给出了PID控制器的构造方法,并通过现有的软件Matlab中的工具箱LMI来进行求解.该方法很好地解决了PID控制下的极点指标和H∞鲁棒控制的相容性问题.实际的工程算例验证了该方法的有效性和可行性.     

基于LMI的无人直升机姿态解耦鲁棒控制器设计

无人直升机是典型的多输入多输出系统,具有静不稳、强耦合、不确定的特点。本文首先基于小扰动理论建立起无人直升机的线性模型;然后运用状态反馈进行极点配置,实现了对被控对象四通道间的动态解耦;最后设计了基于LMI的无人直升机H∞鲁棒姿态控制器,解决了模型参数摄动的问题并进行了仿真验证。结果表明所设计的姿态控制器性能良好、结构相对简单,达到ADS-33E-PRF标准LEVEL1的要求。     

Delta算子不确定系统的多目标鲁棒 H∞控制

研究Delta算子描述的线性不确定离散系统在区域极点配置约束下的鲁棒H∞控制问题。目的是设计状态反馈控制器，使得闭环极点位于预先指定的圆形区域，且闭环系统传递函数的H∞范数小于给定的正常数。基于Delta算子系统具有H∞范数界二次D可镇定的概念，导出状态矩阵和输入矩阵均存在不确定性时，Delta算子系统具有H∞范数界的鲁棒区域极点配置的充要条件及其状态反馈设计。研究结果表明，可将现有结果推广到更为一般的情形，并可统一处理连续与离散系统的相关问题。     

基于特征结构配置的二阶线性系统鲁棒容错控制设计

研究基于特征结构配置的二阶线性系统鲁棒容错控制设计问题,目的是重新设计状态反馈控制律,使得故障闭环系统和正常闭环系统具有相同的特征值.两闭环系统的特征向量依最小二乘法接近,而且能通过极小化灵敏度指标提高系统的鲁棒性.基于状态反馈特征结构配置的参数化结果,将系统灵敏度指标优化问题转化为含有约束条件的优化问题,并提出了鲁棒容错控制设计方法.数值算例及其仿真结果验证了所提出设计方法的有效性.     

马尔可夫切换系统的鲁棒H∞控制

针对不确定马尔可夫切换系统,研究其鲁棒H∞控制问题.设计无记忆状态反馈控制器,使得对所有容许的不确定性,闭环系统均方渐近稳定并满足给定的H∞性能指标.同时以线性矩阵不等式形式给出该问题可解的一个充分条件.仿真算例说明了该方法的有效性.     

多区域重叠互联电力系统的H∞控制

研究多区域重叠互联电力系统的鲁棒控制问题。利用包含原理的约束条件和ＬＭＩ算法,提出以两两区域互联子系统控制为基础的多区域系统分散鲁棒Ｈ∞控制器的设计方法。以两区域重叠互联电力系统为例,对系统进行负载阶跃扰动响应仿真,结果表明了该设计方法的有效性。     

离散双自由度鲁棒设计H∞方法研究*

以离散Ｈ∞全信息问题为基础，给出并证明了离散系统一类扰动前馈问题的设计方法，得到了控制器的参数化描述，在此基础上，研究了离散双自由度设计的Ｈ∞方法，在这一类问题中，相应标准离散Ｈ∞设计中的第二个离散代数Ｒｉｃｃａｔｉ方程不再需要求解，最后对精馏塔系统进行设计，得到了满意的结果。     

升力反馈减摇鳍及其鲁棒控制器的研究

减摇鳍是一种非常重要的船舶减摇装置，但传统的鳍角反馈减摇鳍在没计中存存着很多问题。升力反馈减摇鳍通过测量直接得到鳍上产生的升力克服了角度反馈减摇鳍的缺点，是最为有效的新型减摇设备本文介绍了升力反馈减摇鳍的构成和减摇原理。同时由于减摇鳍特殊的工作环境，系统控制器的设计应尽可能满足随时出现的不确定因素，鲁棒控制器是解决这一问题可行的办法，本文针对实验室中国内第一套升力减摇鳍系统设计了鲁捧H∞控制器，仿真研究表明，所设计的系统能够得到很好的减摇效果。     

基于LPV模型的鲁棒故障检测滤波器设计

针对航空发动机动态过程中由于模型误差造成故障检测误报的问题,采用雅克比方法建立航空发动机动态线性变参数(LPV)数学模型反映发动机动态特性,利用特征结构配置法设计故障检测滤波器,较好地消除了模型偏差对故障检测准确率的影响.通过某型涡扇发动机控制系统传感器典型软、硬故障检测仿真实验表明,该方法提高了残差信号对模型误差和未知输入信号的鲁棒性,对发动机加减速过渡过程中故障检测准确度高,实时性好.     

线性时滞系统故障检测滤波器设计H∞优化方法

研究一类线性时滞系统的基于观测器的故障检测滤波器设计问题.通过对线性时滞系统进行广义坐标变换,得到了只包含输入、输出时滞,无状态时滞的新的系统表达形式.在此基础上,选用基于观测器的故障检测滤波器作为残差产生系统,使得到的残差动态方程为仅包含未知输入时滞和故障时滞的线性时不变形式,进而可应用已取得的线性时不变系统故障诊断研究成果设计故障检测滤波器.同时给出一种线性时滞系统故障检测滤波器设计的H∞优化设计方法,并通过算例验证了所提方法的有效性.     

无人机三维编队飞行的鲁棒H∞控制器设计

针对无人机编队控制中模型不确定性与外干扰同时存在的情况,首先基于无人机自身的自动驾驶仪和编队运动学关系建立了无入机编队的三维数学模型,这种建模方式物理意义明晰;进而提出一种基于鲁棒H∞控制理论的编队控制器设计方法,按前向、侧向和垂直方向3个通道分别设计控制律,降低了鲁棒控制器的调参难度,简化了三维编队控制问题.仿真结果表明了所设计的控制器的有效性,可实现无碰撞、快速、稳定地保持和调整无人机编队队形,具有良好的鲁棒性能.     

一种基于LMI的鲁棒故障诊断滤波器设计

研究了一类含有扰动的线性系统鲁棒故障诊断滤波器设计问题. 文中引入一种能同时体现残差对扰动信号鲁棒性和对故障信号灵敏性的性能指标, 利用H_∞理论把求解滤波器的问题转化为H_∞优化设计问题. 应用线性矩阵不等式(LMI)技术, 对此性能指标进行优化, 给出并证明了该设计问题解的存在性条件和滤波器增益阵的求解方法, 最后, 通过仿真实例验证了方法的有效性.     

不确定广义系统动态输出反馈鲁棒H∞控制器设计

在E确定其他系数矩阵均存在不确定性情况下，基于线性矩阵不等式给出系统的动态输出反馈鲁棒H∞控制器设计方法，所得的控制律保证闭环系统对所有允许的不确定性是正则、稳定，无脉冲的且满足给定的H∞性能指标，算例说明了该控制器设计方法的有效性。