直升机结构振动鲁棒控制研究

基于鲁棒控制理论,建立了多输入、多输出直升机结构振动系统反馈控制模型,分别利用混合灵敏度设计方法和μ综合设计方法设计出鲁棒反馈控制器,将直升机简化为自由-自由的组合梁模型,完成了鲁棒控制仿真研究.另外,还进行了自由-自由梁的振动响应鲁棒控制试验研究.研究结果表明,通过对性能加权函数和鲁棒加权函数的选取,系统能在指定频带上取得良好的减振控制效果,当模型参数发生一定程度的摄动时,系统依然能保持稳定,且仍具有较好的控制效果.     

柔性结构振动跟踪控制H∞混合灵敏度法

基于H∞混合灵敏度控制算法,提出了一种将H∞混合灵敏度控制应用于高阶柔性结构振动跟踪控制的加权函数选择方法.该方法能够快速地使输出信号跟踪到参考信号.首先,建立了振动系统的多输入多输出跟踪控制模型;然后选择合适的性能加权函数和限幅加权函数,引入了模型的不确定性扰动,给出了一种针对高阶柔性控制系统的加权函数选择方法,利用混合灵敏度H∞控制设计方法,将鲁棒反馈控制器设计转化为标准H∞控制问题求解;最后,以一悬臂梁为研究对象,完成了两输入两输出结构振动控制的控制器设计和算法仿真.仿真结果表明,针对高阶柔性结构系统设计的控制器,在保证稳定性的前提下,输出信号对参考信号的跟踪结果满足了预定指标要求.     

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。     

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。     

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。     

机敏约束阻尼结构的模糊H_∞控制器研究

机敏约束阻尼(SCLD)结构对结构的振动控制具有非常广阔的前景,性能优良的控制器对控制效果有着重大影响。鲁棒H∞控制的特点是在众多不确定因素下仍具有很好的鲁棒性,然而SCLD结构的有限元模型自由度数目较大,且实验时所用的传感器数目有限,通过研究发现,能够兼顾系统鲁棒性和良好的控制效果的控制策略难以实现。模糊控制是依赖于研究者的经验和实验的反复调试而设计出的控制算法,其灵活性较大,以LQR算法的输入输出关系为依据,通过反复的调试而设计出模糊控制算法,再与鲁棒H∞结合,对鲁棒H∞算法做了加权形式的修正,实现了单一H∞控制难以实现的控制效果,实验证明,模糊鲁棒H∞控制方法对加速度响应具有良好的控制效果,对振动的抑制效果大于5 dB,这对SCLD结构寻求性能良好的控制器具有借鉴意义。     

双框架硅微型机械振动陀螺仪鲁棒控制研究

以内框驱动式双框架硅微型角振动机械陀螺仪为对象,建立了闭环力平衡控制模型,采用鲁棒H∞控制理论中的混合灵敏度法设计了鲁棒控制器。仿真结果表明,同开环微机械陀螺相比,通过合理选择加权函数设计出的鲁棒H∞控制器能使微机械陀螺对敏感轴固有频率摄动敏感性显著降低,微机械陀螺鲁棒性能显著提高。     

一类不确定系统分布式鲁棒融合滤波器设计

结合鲁棒滤波理论与数据融合技术,基于参数依赖Lyapunov函数,研究了一类多传感器不确定连续系统的鲁棒融合滤波器设计问题.在集中式融合的基础上,探讨了分布式加权融合滤波器的设计方法,通过仿真实验比较了鲁棒融合滤波器的性能.仿真结果表明,利用该分布式加权融合算法,不仅可解决系统模型中存在参数不确定性时的滤波问题,且鲁棒性好和计算量低,可以满足不同精度鲁棒融合滤波器的设计需要,具有较大的灵活性.     

轮式移动机器人轨迹跟踪的最优控制

深入分析了轮式移动机器人的运动状态,建立了WMR路径偏差系统的非线性数学模型。应用小偏差线性化理论,将该多输入多输出非线性系统简化成一个单输入单输出线性系统。然后基于线性二次型调节器理论进行了系统最优控制器的设计,并针对该理论中加权矩阵Q与R难以确定的问题,从控制效果出发,采用自适应遗传算法对其进行了优化。实现了移动机器人对预定轨迹的满意鲁棒跟踪,同时满足了实时性要求。实验结果证明了该方法的正确性与实用性。     

高速电梯水平振动的鲁棒控制

为了研究高速电梯的水平振动,基于刚体动力学理论,建立电梯轿厢水平振动的空间动力学模型.为了消除参数不确定性及外扰作用的影响,应用Lyapunov方法,分别针对轿厢的平动和转动设计位置鲁棒控制器和姿态鲁棒控制器.其中应用位移、速度和加速度反馈和Lyapunov方法设计位置控制律;应用输入/输出反馈线性化和Lyapunov方法设计姿态控制律.仿真研究表明,所设计的控制器有较好的性能,在参数不确定性和扰动存在的情况下,能有效降低电梯的水平振动.     

基础振动下两自由度机械臂的鲁棒控制

研究了基于基础振动的两自由度机械臂鲁棒控制问题.利用非线性状态反馈理论,对模型进行线性化处理,结合混合灵敏度理论,对所建立的机械臂动力学方程进行混合灵敏度频域整形.运用H∞控制理论和结构奇异值μ理论,建立了参数不确定系统的H∞控制框图,采用D-K迭代工具设计H∞控制器.仿真结果表明,在不需要基础运动测量的情况下,控制器能有效减少系统的外部干扰以及良好的鲁棒性能.     

基于压电元件的柔性板H∞鲁棒振动控制实验研究

以一柔性板为对象进行了H∞鲁棒振动控制器的设计、仿真和实验研究。首先,利用多变量频域辨识原理,识别出以粘贴压电片作为传感器和作动器的柔性板实验系统前三阶模态的MIMO传递函数模型,接着,对具有乘型不确定性的板模型在干扰抑制、控制增益约束以及鲁棒稳定三方面进行频域加权整型,构建了H∞混合灵敏度控制系统;数值仿真验证了各权函数的合理性,初始外扰和随机外扰下的振动控制实验结果表明,相对LQR方法,H∞控制能使闭环系统在保持鲁棒稳定的前提下获得更好的性能,初始外扰下衰减时间缩短30s,随机外扰下降噪量提高4dB。     

鲁棒振动控制实验研究

以一柔性板为对象进行了H∞鲁棒振动控制器的设计、仿真和实验研究。首先,利用多变量频域辨识原理,识别出以粘贴压电片作为传感器和作动器的柔性板实验系统前三阶模态的MIMO传递函数模型,接着,对具有乘型不确定性的板模型在干扰抑制、控制增益约束以及鲁棒稳定三方面进行频域加权整型,构建了H∞混合灵敏度控制系统;数值仿真验证了各权函数的合理性,初始外扰和随机外扰下的振动控制实验结果表明,相对LQR方法,H∞控制能使闭环系统在保持鲁棒稳定的前提下获得更好的性能,初始外扰下衰减时间缩短30s,随机外扰下降噪量提高4dB。       

基于μ综合的压电柔性结构振动主动控制

利用模态理论和μ综合方法,对智能柔性悬臂梁进行振动主动控制研究。以压电陶瓷为作动器,电阻应变计为传感器,采用有限元方法和实验模态测试方法建立结构动力学模型,对两种方法所得结果进行比较分析可知有限元模型与实际系统存在误差。考虑外部扰动和量测噪声的不确定性,同时考虑系统固有频率、阻尼比和作动器参数的不确定性,选择模态位移信号为评价量,根据信号的频率特性选择合适的加权函数,利用μ综合方法设计振动控制器。从频域角度分析控制器的有效性,结果表明该控制器能抑制不确定干扰对输出应变的影响,能在系统不确定性情况下满足控制要求,说明控制器具有鲁棒性。进行了振动主动控制实验研究,结果表明,所设计的控制器能有效抑制结构的振动响应。     

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.     

综合定量反馈理论与特征结构配置的飞行控制系统优化设计

定量反馈理论(QFT)是一种新颖的频率域鲁棒控制技术,在N ichols图上开展分析与设计。针对大包线范围内系统模型变化大的特点,可采用QFT设计横航向控制器。由于QFT主要针对单输入单输出(SISO)系统进行分析,因此首先应采用特征结构配置(EA)理论将无人机的横航向模态进行近似解耦,将多输入多输出(M IMO)系统转化为SISO系统,再采用QFT进行控制系统设计。本文将两种控制方法结合起来,构成综合优化飞行控制方法,针对某型无人机包线范围内选取的18个状态点组成的控制对象模板进行控制设计,并进行非线性仿真。仿真结果表明设计的控制器使得无人机在全包线范围内具有较好的性能和鲁棒稳定性。     

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。     

基于μ方法的电动车传动系统扭振鲁棒控制

针对电动车传动系统的扭转振动问题,基于混合μ综合鲁棒控制理论对传动系统控制进行研究。建立考虑永磁同步电机高阶未建模不确定性和参数摄动的某集中驱动式纯电动车传动系统不确定性模型;采用μ方法设计传动系统鲁棒控制器;在Matlab/Simulink软件环境中进行仿真计算,以验证所设计控制器的有效性。结果表明,该控制策略能够使系统获得较强的鲁棒性能与鲁棒稳定性,有效降低系统失稳的可能性。     

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。     

位置跟踪系统的预测控制研究

在位置跟踪系统中,希望系统输出能快速,准确地跟随输入而变化。首先采用阶跃响应法建立了控制对象的数学模型,然后将预测控制的思想用于位置跟踪系统的控制,提出了位置控制器的一种设计方法,对有关设计参数的选择进行了讨论。并针对一快速成形系统的X轴永磁同步伺服电机的控制进行了仿真和实时控制实验研究,结果表明,所设计的控制器具有很好的跟踪性能和鲁棒性能。