基于采样控制理论的光电跟踪伺服系统内模控制研究

针对外部扰动对光电跟踪伺服系统精度的影响,对稳定回路提出了一种两自由度内模控制,将控制器的设计转化为标准的H∞优化问题,使得系统对模型误差及参数摄动具有较强的鲁棒性。采用jump变换、提升操作等采样控制系统的理论与方法来优化设计相应的鲁棒控制器,综合考虑了系统的多采样率行为及采样点间的动态特性。仿真结果表明了所设计的控制系统具有较高的指令跟踪精度及较强的扰动抑制性能。本文的研究为高精度光电跟踪伺服控制系统的设计提供了新方法。     

陀螺惯性平台视轴稳定双速度环串级控制的研究

针对光电跟踪系统视轴稳定采用由速率陀螺构成的单速度环伺服控制的不足，本文提出采用以直流测速机为测量反馈元件构成模拟速度内环，利用陀螺的“空间测速机”功能组成数字稳定外环的双速度环串级控制结构。将速度稳定环的抗摩擦力矩干扰功能和隔离载体扰动功能分开设计实现。从系统抗干扰性、鲁棒性等方面与单环控制进行了理论分析和比较。伺服控制器分别采用有源PI校正和时间最小参数自调整PID控制算法。在四轴稳定跟踪转台上的性能测试结果达到了系统要求的稳定精度，表明该方法能明显减小载体扰动造成的误差，在一定的测量噪声和加速度敏感度范围内，能够有效地隔离载体扰动，控制性能良好。     

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.     

高精度音圈快速反射镜的自适应鲁棒控制

为了进一步提高复合轴航空光电稳定平台的性能,文中首先在硬件电路中采用电流环将复杂的电机模型简化为一阶模型,同时保证电机的输出力矩稳定;然后在PD控制器的基础上,引入了自适应鲁棒控制器,对快速反射镜进行位置控制和扰动抑制;最后分别通过带宽测试实验、扰动抑制实验、视轴稳定实验和鲁棒性实验对其性能进行测试,并采用DOB型音圈式-快速反射镜和压电陶瓷式-快速反射镜做对比。实验结果表明:相比于传统的DOB型音圈式-快速反射镜系统,本文控制方法的参数鲁棒性更强;相比于传统的压电式-快速反射镜,本文控制方法不仅视轴稳定精度与其不相上下,还具有更大的行程。除此之外,在80Hz以内任意频率扰动的影响下,基于ARC型音圈式-快速反射镜的复合轴航空光电稳定平台的视轴稳定精度均可以控制在5μrad(RMS)以内;同时在-40℃~50℃的温度条件下依然可以保持该性能,远远优于DOB型音圈式-快速反射镜的效果。本文控制方法完全满足高精度航空光电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价值。     

H_2/H_∞混合控制器对异步电动机扰动研究

研究异步电动机的控制,针对异步电动机模型的不确定性问题,首先将其线性化,然后将H2/H∞控制器应用于异步电动机的调速系统中,将异步电动机调速系统的性能要求转化为混合H2/H∞控制器的设计问题。提出将基于H2/H∞控制器参数的设计方法运用到异步电动机控制系统中,很好地保证了负载等外部因素扰动情况下的系统鲁棒稳定性,保证闭环系统具有的动态和稳定性能,很好的保证了异步电动机对扰动的稳定性。     

基于神经网络的一类不确定非线性系统自适应H∞跟踪控制

基于神经网络针对一类具有输入不确定性的非线性系统提出了一种H∞自适应跟踪控制方法.控制器由等效控制器、H∞控制器及参数自适应控制器三部分组成.H∞控制器用于减弱外部及神经网络的逼近误差对跟踪性能的影响,参数自适应控制器用于抑制输入干扰对跟踪性能的影响.所设计的控制器不仅保证了整个闭环系统的稳定性,而且使外部干扰及神经网络的逼近误差对跟踪的影响减小到给定的性能指标.最后给出一个算例验证了该方法的有效性.     

基于神经网络的一类不确定非线性系统自适应H∞跟踪控制

基于神经网络针对一类具有输入不确定性的非线性系统提出了一种H∞自适应跟踪控制方法.控制器由等效控制器、H∞控制器及参数自适应控制器三部分组成.H∞控制器用于减弱外部及神经网络的逼近误差对跟踪性能的影响,参数自适应控制器用于抑制输入干扰对跟踪性能的影响.所设计的控制器不仅保证了整个闭环系统的稳定性,而且使外部干扰及神经网络的逼近误差对跟踪的影响减小到给定的性能指标.最后给出一个算例验证了该方法的有效性.     

基于舰载光电设备参考模型扰动估计的前馈控制

在传统前馈控制的基础上引入了基于参考模型的扰动估计来改善舰载光电设备的动态性能,提高其扰动隔离能力,从而提高跟踪精度.分析了传统前馈控制二次扰动问题,结合扰动估计观测器精确估计系统扰动的优点,提出了基于参考模型扰动估计的前馈控制器.介绍了常规扰动观测器的工作原理,分析了观测器应用于舰载光电设备中存在的问题;引入参考模型,构建了参考模型扰动估计的前馈控制器,并给出了相应的结构图和传递函数,分析了它的输出特性和鲁棒性;最后,对本文设计的控制器进行了模型仿真和实验研究并与传统前馈控制方法进行了对比.实验结果表明:基于参考模型扰动估计的前馈控制方法对摩擦力矩扰动和测量误差有良好的补偿效果,固定点指向误差均方根由12.36″提高到5.919″;在靶标以10 s周期转动的动态实验中,跟踪精度均方根误差从20.615 7″提高到13.744″,隔离度提高了12 dB,动态性能显著改善.本文方法结合了前馈控制和扰动估计的优点,能更好地抑制扰动,提高系统的动态性能和跟踪精度.     

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。     

一种绕线伺服张力器建模及其H∞仿真控制研究

针对异形线圈绕制时速度波动造成的张力波动问题,为了降低张力波动幅度,设计出了一种伺服张力控制装置并研究了其控制方法。在分析跳辊上、下游绕线长度和跳辊上绕线速度的基础上,建立了该张力器的张力数学模型,并分析了各扰动对张力的影响程度。研究了H∞控制方法在异形线圈绕线过程中的控制应用和设计方法,以及权函数的选择方法。利用Matlab工具箱设计得到了H∞控制器,使扰动至张力传递函数H∞范数最小,并设计PI控制器进行了对比,分析了闭环控制系统中扰动至张力的幅频特性,并在不同频率、不同速度正弦信号扰动输入下对控制系统进行了仿真分析。研究结果表明,该伺服张力器能有效控制张力波动幅度,与PI相比H∞控制方法能适应不同频率的扰动,且其张力波动幅度仅是PI控制下的1/3。     

光电经纬仪单杆数据采集系统设计与实现

为满足对光电经纬仪进行人工控制的需求,结合现场可编程门阵列(FPGA)器件XC3S200型芯片与一款高速的模数转换(A/D)芯片AD7864-2提出了一套光电经纬仪单杆数据采集系统的设计方法.在介绍AD7864-2工作方式的基础上给出了系统硬件和软件的设计方案,通过对单杆的实验采样证明其采样效果良好,能够满足主控计算机对数据采集系统的要求.     

直线二级倒立摆系统的H_∞鲁棒最优控制

针对存在模型参数不确定性和外部扰动的直线型二级倒立摆系统的稳摆控制问题,对如何实现倒立摆系统鲁棒稳定的同时,还保证其达到期望的最优控制性能和H_∞性能指标的稳定性控制问题进行了研究。基于状态反馈、最优控制和H_∞鲁棒控制方法设计了一个H∞鲁棒最优控制器,用来实现对该倒立摆系统的稳摆控制。利用设计的控制器,基于倒立摆实验平台和Matlab数值仿真平台,使用该控制器来实现系统的控制并对稳定倒立摆的过程进行了验证。研究结果表明,该控制器能较好的实现对直线型二级倒立摆的稳摆控制,并对受控系统的模型参数摄动有较好的鲁棒性,同时还能利用最优的控制作用达到期望的H_∞性能指标。     

基于状态反馈的H∞重复控制逆变技术研究

针对提高逆变器的动态特性和跟踪精度,提出了融合H∞控制、重复控制以及状态反馈控制的PWM电压源型逆变器电压控制策略。该策略先引入了电感电流状态反馈,能有效增加逆变器系统阻尼比,改善系统的动态性能,然后加入了重复控制环节,能提高系统的电压跟踪精度,最后将重复控制器的设计通过解决一个标准H∞问题来实现,减少了反复调节参数的过程,兼顾了系统的稳定性与跟踪精度。仿真结果表明,该策略能保证逆变器系统具有良好的动态特性和高稳态精度,克服了突加负载的"瞬态"电压跌落问题,在加入整流负载后仍能输出高质量的正弦电压波形。     

基于全局增益调度控制的重型半挂车主动侧倾控制算法

重型半挂车极易发生侧翻事故,提高其侧倾稳定性可以减少事故发生和人员财产损失。针对重型半挂车侧倾稳定性问题,建立车速可变的8自由度动力学模型。在回路传输恢复技术(Loop transfer recovery,LTR)的线性二次高斯(Linear quadratic guass,LQG)控制方法基础上,建立全局增度调度控制的全状态反馈控制器,使LQG/LTR局部状态反馈控制器在不同车速下均能对车辆实施最优主动侧倾控制,从而实现在噪声干扰下对重型半挂车的主动侧倾控制。进行变车速阶跃转向工况下的车辆仿真,对比分析主动控制前后的重型半挂车标准横向载荷转移等参数。车辆仿真结果表明,LQG/LTR方法具有良好的抑制干扰噪声的能力,可使系统具有较好的鲁棒性和稳定性。与被动式车辆相比,变车速的全局增益调度控制算法能有效提高重型半挂车的侧倾稳定性。     

Robust LQG controller design for lightly damped uncertain linear systems

In this note, we consider lightly damped uncertain linear systems with natural frequency variations. This type of uncertainty has multiple uncertain parameters with multiple rank structure. It is well known that the conventional LQG or LQG/LTR methods can not be applied to such system bccause of the instability and the design conservatism. To overcome such shortcomings, we propose a systematic method to design robust LQG controllers. The proposed method requires only the LQG tuning parameters and the structure information of uncertainty. It will be shown that our approach can be effectively applied to flexible structure control design problems. Center for Noise and Vibration Control (NoViC), Dept. of Mech Eng., Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)     

主动桁架的控制策略的研究

于桁架结构中集成若干传感器、作动器及控制器,构成主动桁架;针对这一主动桁架,采用传感器和作动器同位配置,分别设计了负速度反馈、LQG和H∞这3种控制器。仿真结果表明,采用速度反馈控制律时,从其极点分布可以看出,同位配置系统零-极点相间排列,当控制作用施加于结构时,结构的阻尼增加,零-极点向复平面的左半平面移动,系统具有鲁棒稳定性;与速度反馈、LQG控制器比较,H∞控制器方法不但可以增加被空模态的阻尼,而且在控制带宽范围以外,使得系统对溢出问题具有鲁棒性。     

An enhanced tracking control of marine surface vessels based on adaptive integral sliding mode control and disturbance observer

In this paper, a new control methodology is developed to enhance the tracking performance of fully actuated surface vessels based on an integrating between an adaptive integral sliding mode control (AISMC) and a disturbance observer (DO). First, an integral sliding mode control (ISMC), in which the backstepping control technique is used as the nominal controller, is designed for the system. The major features, i.e., benefits and drawbacks, of the ISMC are discussed thoroughly. Then, to enhance the tracking performance of the system, an adaptive technique and a new disturbance observer based on sliding mode technique are developed and integrated into the ISMC. The stability of the closed-loop system is proved based on Lyapunov criteria. Computer simulation is performed to illustrate the tracking performance of the proposed controller and compare with the existing controllers for the tracking control of a surface vessel. The simulation results demonstrate the superior performance of the proposed strategy.     

基于LMI的永磁直线电机H∞鲁棒控制器设计

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服控制中存在的模型摄动和外部干扰问题,保证闭环控制系统的鲁棒稳定和鲁棒性能,将基于状态反馈的H∞鲁棒控制器应用到永磁直线同步电机的速度环和电流环设计中,通过建立伺服系统鲁棒控制的状态空间模型,将H∞标准设计问题转化为线性矩阵不等式(LMI)的最优解求解问题,利用Matlab LMI工...     

Comparative Study of Trajectory Tracking Control for Automated Vehicles via Model Predictive Control and Robust H-infinity State Feedback Control

A comparative study of model predictive control(MPC) schemes and robust H_∞ state feedback control(RSC) method for trajectory tracking is proposed in this paper. The main objective of this paper is to compare MPC and RSC controllers' performance in tracking predefined trajectory under different scenarios. MPC controller is designed based on the simple longitudinal-yaw-lateral motions of a single-track vehicle with a linear tire, which is an approximation of the more realistic model of a vehicle with double-track motion with a non-linear tire mode. RSC is designed on the basis of the same method as adopted for the MPC controller to achieve a fair comparison. Then, three test cases are built in CarSim-Simulink joint platform. Specifically, the verification test is used to test the tracking accuracy of MPC and RSC controller under well road conditions. Besides, the double lane change test with low road adhesion is designed to find the maximum velocity that both controllers can carry out while guaranteeing stability. Furthermore, an extreme curve test is built where the road adhesion changes suddenly, in order to test the performance of both controllers under extreme conditions. Finally, the advantages and disadvantages of MPC and RSC under different scenarios are also discussed.