保证闭环系统鲁棒稳定性的干扰观测器系统性设计方法

研究带有干扰观测器(Disturbance observer,DOB)的反馈控制系统对模型不确定性鲁棒稳定的充分条件,在此基础上,选取满足此充分条件的加权函数,使得标准H∞干扰观测器设计方法保证对受控对象参数变化的鲁棒稳定性.提出了在H∞干扰观测器设计中兼顾鲁棒性设计指标和结构约束的频率加权函数的选取方法.利用加权函数选取的自由度,在干扰观测器低通滤波器设计中,实现Q—滤波器在截止频率上的高峰幅度与干扰抑制性能之间的最佳折中,使得干扰观测器在满足其幅度指标的条件下,具有最优干扰抑制性能.实验结果表明该方法保证了闭环反馈系统的鲁棒稳定性,同时,具有实现其他设计指标的自由度.     

时滞依赖H_/H∞观测器的线性系统故障检测

本文研究了线性连续时滞系统的鲁棒故障检测问题.利用H_/H∞故障检测方法,设计了故障检测观测器,并给出了时滞依赖的故障检测观测器设计条件.本文直接给出刻画有限频故障检测性能的线性矩阵不等式条件,避免因引入加权函数而产生的不准确性.最后,仿真算例表明时滞依赖的有限频故障检测观测器可以取得比已有结果更好的故障检测性能.     

离散时间系统的H∞/LTR综合

对离散时间系统的H∞ 干扰衰减问题进行了研究 .以回路传递恢复 (LTR)技术和H∞ 控制理论为基础 ,给出了一种新的离散时间H∞/LTR综合方法 .这种方法包含两个设计步骤 :首先设计一个H∞ 状态反馈控制器 ,以使系统在鲁棒稳定性和干扰衰减特征方面满足设计指标 ;其次设计观测器 ,使得上一步中所获得的H∞ 状态反馈系统的特性得以恢复 .     

不确定广义系统的降阶H∞控制器设计

研究基于函数观测器的不确定广义系统的降阶H∞控制器设计问题.首先提出了基于严格线性矩阵不等式的不确定广义系统H∞控制的充分条件,并用于状态反馈H∞控制设计.然后对所得控制增益进行降阶观测,基于广义Sylvester矩阵方程的显式通解,考虑系统的H∞性能约束,提出了降阶输出反馈控制器的参数化设计方法.     

一类Lipschitz 非线性切换系统基于观测器的 H∞ 输出跟踪控制

针对一类Lipschitz非线性切换系统,研究基于观测器的H∞输出跟踪控制问题.借助微分中值定理,将Lipschitz非线性切换系统转化为线性参数切换系统.当状态变量不可测或不易测时,利用多Lyapunov函数方法,同时设计观测器、基于观测器的跟踪控制器和滞后切换信号,使得系统满足H∞输出跟踪性能.最后通过仿真例子表明了设计方法的有效性.     

基于观测器的非线性系统H_∞模糊可靠控制

研究了基于观测器的非线性系统H∞模糊可靠控制问题.采用T-S模糊模型对非线性系统进行建模,用模糊观测器重构系统状态.在系统发生故障时满足给定H∞性能的约束下.最小化正常情况下的H∞性能,实现次优H∞模糊可靠控制.提出了两种应用线性矩阵不等式(LMI)的H∞模糊可靠控制器设计方法.分别采用两步法和相似变换法将双线性矩阵不等式问题转化为LMI问题.仿真示例验证了所提出方法的有效性.     

不确定奇异时滞系统的鲁棒H∞故障诊断滤波器设计

研究一类受参数不确定性和干扰影响的奇异时滞系统鲁棒故障诊断滤波器设计问题. 把基于观测器的故障诊断滤波器作为残差产生器, 将故障诊断滤波器设计归结为H∞滤波问题, 使产生的残差信号即为故障的H∞估计, 给出了鲁棒H∞故障诊断滤波器存在的充分条件, 并利用锥面互补线性化迭代算法得到了故障诊断滤波器设计的线性矩阵不等式求解方法. 算例验证了算法的有效性.     

广义系统H∞可靠性控制

通过对更一般形式的执行器和传感器故障模型分析,研究了广义系统基于观测器的H∞可靠性控制器设计问题.利用带有约束的广义代数Riccati不等式(GARI),给出执行器故障情况下,广义系统H∞可靠性控制器存在的充要条件和设计方法,以及传感器故障情况下,广义系统H∞可靠性控制器存在的充分条件和设计方法.所设计的H∞可靠性控制器使得闭环广义系统容许且传递函数的H∞范数有界.同时,还将带广义约束的GARI转化成了线性矩阵不等式(LMI),进而简化了广义系统H∞可靠性控制器设计方法.     

短时延网络控制系统的鲁棒H 2 öH ∞状态观测器设计

针对受白噪声干扰的短时延网络控制系统,将随机时延对系统的影响转化为未知有界不确定项,在不改变闭环系统结构的前提下,利用鲁棒控制理论提出了系统的H2/H∞状态观测器设计方法;证明了所设计状态观测器估计输出对随机时延引起的不确定项的H∞鲁棒性,给出了估计输出对白噪声干扰的鲁棒H2性能指标的求解方法和观测器增益阵的确定方法.最后通过仿真实例证实了所设计状态观测器的有效性和鲁棒性.     

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。     

采样系统的H∞混合灵敏度设计

由于流行的提升法实际上并不适用于采样控制系统的H∞最优设计,本文提出一种基于频率响应概念的新的离散化H∞设计方法.文中结合S/T混合灵敏度问题,分析说明了这种离散化方法,并从鲁棒稳定性和性能两方面对设计结果进行了定量的验证.文中还与提升法的H∞设计进行了对比,指出由于提升变换需要进行回路转移,改变了标准H∞问题中的结构关系,因而设计结果并不理想.     

广义时变系统的鲁棒H2/H∞滤波

研究一类广义时变系统的鲁棒H2/H∞滤波器的设计问题。 利用具有参数依赖的Lyapunov函数,结合线性矩阵不等式分别给出了使滤波误差系统容许且满足H∞性能约束的充分条件、使滤波误差系统容许且满足H2性能约束的充分条件以及使滤波误差系统容许且满足H2/H∞性能指标的充分条件。 基于该具有参数依赖Lyapunov函数的鲁棒H2/H∞性能准则推导出鲁棒H2/H∞滤波器存在的充分条件,并将滤波器的设计问题转化为线性矩阵不等式约束优化问题。 最后通过数值算例表明该方法的有效性。     

具有闭环极点位置约束的H2/H∞混合控制

主要研究系统具有闭环极点位置约束的H2/H∞混合控制问题.通过引人一个辅助性能 函数,将具有极点位置和H∞性能约束的系统H2性能优化问题转化成有一个矩阵方程约束 的辅助性能函数优化问题,并给出这个问题静态输出反馈解的表达式.     

基于遗传算法的混合H 2 öH ∞状态反馈控制器

提出了应用遗传算法设计混合H2/H∞状态反馈控制器的一种方法.通过遗传算法对H∞控制器进行H2性能优化,从而设计出鲁棒性强并满足系统性能要求的混合H2/H∞状态反馈控制器.该方法采用实数编码、排序选择与最佳个体保存相结合的选择算子、实值中间重组的交叉算子和实值变异的变异算子,并在适应度函数中添加惩罚约束.对国产某型飞机进行仿真,结果表明得到的混合H2/H∞状态反馈控制器具有良好的H∞性能和H2性能.     

关联大系统的分散开环回路传递再

基于H∞理论和分散状态观测器,提出了不确定性关联大系统的分散开环回路传递再生 方法.给出了满足开环再生矩阵H∞范数要求的观测器的存在性.在大系统关联项块对角 奇异值分解的基础上,证明了通过解Riccati方程可以求得使开环再生差阵满足要求的分散 观测器增益阵,以实现分散开环传递再生.试验结果表明,分散开环回路传递再生控制性能 与分散状态反馈控制性能基本相同.     

基于H∞回路成形的无人机纵向鲁棒控制器研究

针对无人机飞行参数及气动参数的不确定性问题,根据H∞理论,提出基于回路成形的无人机鲁棒控制器设计方法.以某小型无人机纵向控制系统为例,采用H∞回路成形设计方法,设计了俯仰角保持控制器;通过选取合适的预补偿器和后补偿器,改善系统奇异值曲线形状,应用小增益定理综合H∞鲁棒控制器,并得出鲁棒稳定裕度;进行数字仿真验证,在仿真中加入5 m/s常值风干扰与20％气动参数摄动等不确定性因素,结果表明,闭环系统能在受到干扰后1.1s恢复到平衡状态,且阶跃响应最大调节时间为1.6s,最大超调量为2.4％,说明所设计的控制器具有满意的抗干扰能力和鲁棒稳定性.     

基于RBF神经网络的一类不确定非线性系统自适应H∞控制

基于RBF神经网络提出了一种H∞自适应控制方法.控制器由等效控制器和H∞控制器两部分组成.用RBF神经网络逼近非线性函数,并把逼近误差引入到网络权值的自适应律中用以改善系统的动态性能.H∞控制器用于减弱外部干扰及神经网络的逼近误差对跟踪的影响.所设计的控制器不仅保证了闭环系统的稳定性,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.最后给出的算例验证了该方法的有效性.     

挠性系统的控制设计和H1回路成形法

挠性系统的控制设计与具体的挠性特性是相关的,从控制角度将挠性系统划分为轴系传动机构、桁架结构和卫星太阳能帆板的薄板型结构3类.其中薄板型结构挠性系统的挠性特点明显,文中指出H∞回路成形法能有效解决薄板型结构挠性系统设计上的难点,即在幅频特性急剧下降的频段内保证系统的稳定性.一般H∞控制理论中,H∞范数是系统的性能指标.但H∞回路成形法中的H∞范数表示的则是闭环系统的稳定裕度.通过挠性系统的算例说明,H∞回路成形法并不是给定摄动范围下的设计问题,因此在鲁棒性设计这一概念上也不同于常规的H∞控制设计,有其自己的含义.     

采样控制系统的提升法H∞设计

考虑到常规的加权H∞设计并不能满足提升变换所要求的应用条件,针对满足提升变换条件的采样控制系统的扰动抑制问题,进行了提升法H∞设计。分析指出,只有加权系数的扰动抑制问题和输入端加权(函数)的扰动抑制问题能够满足提升变换的应用条件,因此可以用提升法进行H∞设计。通过具体的实例,针对两种问题分别进行了提升法H∞设计。仿真结果表明,加权系数的扰动抑制问题,虽然提升变换后的范数值等于原采样系统的L2诱导范数,但所得设计结果并不能代表系统真正的性能指标,不是真正意义上的H∞综合(synthesis);输入端加权函数的扰动抑制问题所得的结果是正确的,反映了synthesis所想要的性能,而且能够反映系统在采样时刻间的真实性能。     

不确定随机时滞系统的鲁棒H∞保性能控制

讨论了一类具有时变时滞的不确定It类型随机系统的鲁棒H∞保性能控制问题. 运用Lyapunov-Krasovskii泛函方法, 设计使得闭环系统鲁棒随机指数均方稳定, 且具有给定H∞干扰抑制度 γ 的状态反馈保性能控制器. 控制器存在的充分条件以线性矩阵不等式(LMIs)的形式表示. 进一步, 通过求解具有LMIs约束的凸优化问题, 给出了不确定随机时滞系统的最优保性能控制器的设计方法. 最后通过一个数值例子验证了所提方法的有效性.