船舶舵减摇的H_∞控制设计

针对舵减摇控制系统的特点,提出了一种H∞设计方案.忽略了艏摇特性和横摇特性之间的耦合作用,分析了舵减摇控制系统.采用H∞混合灵敏度的设计方法,从基本的性能要求和鲁棒稳定性要求出发,阐述了舵减摇控制系统H∞设计中权函数的选择依据和确定过程.对所设计的H∞控制器进行了降阶处理,分析了利用积分作用进行相位补偿的设计原理.仿真结果表明,所设计的舵减摇控制系统在相应的频带内具有指定的性能,而且满足鲁棒稳定性要求.对H∞设计结果的详细验证和分析表明H∞设计是一种定量设计,所有的设计要求和指标都可以定量地给出设计结果.     

基于再置控制的船舶减摇系统

为了给控制系统提供一个纯超前的相角,提出了一种再置控制器。再置控制是指当输入过零时积分器的状态就被置零。所提出的再置控制器是一个一阶的再置环节(FORE)加一个补偿器。采用描述函数分析了再置控制器的频率响应,指出所给出的再置控制器可以在所要求的频段上提供一个大的正相角而增益特性保持为0 dB/dec,所以再置控制器更适合于用来补偿控制回路中的纯相位滞后。作为再置控制器的应用实例,研究了船舶的舵减摇系统。从舵角到横摇之间的动态特性是一种非最小相位系统的特性,所以用再置控制器来补偿这个由非最小相位零点造成的大相角滞后。减摇系统的仿真结果验证了这种迟后补偿的有效性。     

船舶航向/横摇鲁棒控制研究

高海情下,船舶航向/横摇运动凸显出强耦合、不确定的特性,传统的PID控制存在适应性差的不足;此外,舵在控制航向的同时还具有减横摇的作用,合理的减摇鳍动作也对航向控制有利.为改善船舶航向、横摇控制效果,研究船舶航向/横摇耦合运动不确定模型,采用基于线性矩阵不等式的鲁棒控制器设计理论,对船舶航向/横摇联合控制问题进行研究,并设计和求解控制器.仿真结果表明,高海情下船舶航向/横摇联合鲁棒控制比传统PID控制提高了约20%的航向和横摇控制精度.     

高速渡轮纵向运动的控制

提出了H∞回路成形方法来设计纵摇控制系统。快速渡轮的纵摇角由位于船艏下方的T型水翼来控制。海浪的扰动是系统输出端的扰动,所以取灵敏度作为设计指标。对灵敏度的分析表明,这类纵摇系统采用PD控制时的性能是较差的。为此提出了对复数极点进行补偿的设计方案,并采用H∞回路成形设计来保证系统的稳定性和鲁棒性。设计结果用仿真进行了验证。仿真时考虑了执行机构的速率限制和行程限制。基于整船模型和海浪模型仿真计算了采用极点补偿后船舶的晕船率(motion sickness incidence,MSI)指标。设计和仿真表明,这种基于灵敏度和复数极点补偿的设计,其性能优于PD控制和完全基于定量计算的QFT(quantitative feedback theory)设计。     

变电站油泄漏三级监控系统的研制与应用

当前,由于主变事故油池容量不足、雨水管路直接外排、漏油人工监测和控制缺乏等原因,变电站设备漏油后不能被及时发现并得到有效控制,导致漏油事件极易转为恶劣的环境污染事件.针对该隐患,本文广泛应用物联网、通信技术、智慧传感技术,首创构建一套技术简单可靠、业务高度融合、可推广应用的变电站油泄漏三级监控系统.通过研制仿生鳍减摇结...     

永磁直线伺服系统的速度H∞控制器优化设计

对永磁直线伺服系统的速度H∞控制器提出优化设计,建立了基于模型匹配二自由度系统的状态空间模型,并将速度控制器设计归结为标准的H∞控制问题;用线性矩阵不等式法得到输出反馈??次优H∞控制器,以保证直线系统的鲁棒性.仿真和实验结果表明,用该方法设计的直线伺服系统能够很好的抑制扰动和跟踪给定.     

直线电动机伺服系统的鲁棒H∞控制

对具有时变不确定性的直线电动机伺服系统提出鲁棒H∞控制.将时变参数不确定系统的鲁棒H∞控制问题,转化成一个等价的、不包含任何参数不确定性的线性时不变系统的标准H∞控制问题;对标准H∞控制问题,可通过求解代数Riccati矩阵方程的对称正定解求得控制器,也就是不确定系统的鲁棒H∞控制器.仿真结果表明,用该方法设计的直线伺服系统,既能保证系统对外部扰动具有良好的抑制作用,又能保证对参数不确定性的鲁棒性.     

采样控制系统提升技术的10年

由于早期的采样控制系统都是用离散化方法来设计的,但是实际上系统的性能应该是用连续信号来表示,所以为了解决用连续信号描述下的采样系统的H∞设计问题,出现了提升法。在对多种提升设计进行了对比分析后指出,提升方法并不能真正用于H∞优化设计,并给出了一种计算采样控制系统频率响应和L2诱导范数的方法。该方法具有清晰的物理概念,可以解决采样控制系统的H∞设计问题。     

非线性H_∞控制的SOS设计

提出了一种新的非线性H∞控制的设计方法。虽然平方和(简称SOS)方法可用来求解不易用解析法求解的非线性问题,但还是不能直接来求解HJI不等式或非线性的有界实不等式。详细分析了SOS法在求解中的这些局限性。给出了求解非线性H∞控制的一种迭代设计的方法。每一次迭代分为两步。第一步是先用SOS法设计系统的非线性状态反馈,其增益阵是可调整的。第二步是求系统L2增益,用图解解析法求解计算中的优化问题。还给出了一个卫星大姿态机动的非线性H∞控制设计作为应用本方法的实例。     

H∞设计:两块还是三块问题

讨论了H∞混合灵敏度问题,指出两块的S／T问题可满足一般的鲁棒设计要求,但往往不能满足标准H∞控制问题的秩的条件,而且所得到的控制器的高频段具有较高的增益,所以建议采用三块问题来进行设计,指出虽有第三块的介入,但在主要频段上仍要维持按两块问题来设计的特点。文中给出了磁悬浮系统H∞控制器设计的例子。     

不确定机器人的间接模糊自适应轨迹跟踪控制

针对不确定的机器人系统轨迹跟踪控制问题,依据自适应模糊控制算法和H∞控制理论,提出了一种间接模糊自适应控制方法。该方法将自适应模糊控制和H∞控制理论相结合,用稹糊逻辑系统直接为机器人建模,不需对机器人的数学模型进行转换,并结合H∞控制理论,将建模误差和外部干扰衰减到预先规定的指标。基于Lyapunov方法,给出了学习自适应率,H∞跟踪特性的证明。对二自由度机器人的仿真结果表明了所提出的控制算法有效性。     

基于LMI的鲁棒H∞估计器

研究了参数不确定系统的鲁棒H∞估计问题。用MATLAB工具箱中的函数hinflmi来设计H∞估计器，是一种H∞优化设计，会导致过宽的估计器带宽。文中导出了一个用于H∞次优设计的线性矩阵不等式，利用这单一的LMI，选择一个次优值γ就可以控制带宽以减少估计误差。     

直接驱动XY平台轮廓误差分析及法向交叉耦合控制

在直线电机直接驱动XY平台中,负载扰动、机械延迟以及两轴驱动系统参数不匹配等因素影响轮廓加工精度.采用H∞速度反馈控制、零相位误差跟踪控制(ZPETC)与法向交叉耦合控制相结合的策略对两轴的运动进行协调控制以提高轮廓加工精度,实现跟踪误差与轮廓误差的同时减小.H∞控制在速度环通过反馈作用消除负载扰动因素的影响,使系统具有较好的鲁棒性.ZPETC基于零、极点对消和相位对消提高系统跟踪精度.法向交叉耦合控制作用于两轴之间,将轮廓误差作为直接被控量进行实时补偿控制,有效地提高了轮廓精度并简化了控制器设计.仿真结果表明,所设计的控制系统具有较好的跟踪性、鲁棒性和轮廓精度.     

带有网络时延的航空发动机分布式系统H∞鲁棒控制

针对具有网络时延的航空发动机分布式控制系统,提出了一种基于鲁棒H∞理论的控制方法。首先建立航空发动机分布式控制系统（DCS）结构模型,将航空发动机控制系统划分成转速控制系统和压比控制系统两个子系统,并在此基础上分别建立其闭环系统的增广模型：并以转速控制系统为例,采用文献[6]中的网络控制方法,利用线性矩阵不等式理论给出闭环系统H∞控制器的设计方法,设计系统的H∞控制器实现对系统存在网络时延的补偿控制。仿真结果表明该控制方法能够克服时延对转速控制系统的影响,实现对转速设定值的稳定跟踪。     

离散H∞设计的Matlab函数

针对离散系统H∞设计的dhfsyn和dhinflmi两种Matlab函数,研究了二者的不同,对同一个问题,这两个函数可能得到完全不同的设计结果。对于dhfsyn函数,由于采用了双线性变换,控制器的频率特性不能保持不变,使本来应该是稳定的系统变成不稳定的。分析指出,问题的实质是个脆弱性问题,对于脆弱性系统,当采用dhfsyn函数来进行H∞设计时就会出现不稳定的设计结果。     

电励磁同步风力发电机输出电压DL-H∞控制

针对前端调速式电励磁同步风力发电机励磁系统的快速性、时变性等特点,提出了一种基于H∞控制的同步风力发电机输出电压的DL-H∞控制方法。在该方法中,采用了简化的无刷励磁系统结构,建立了系统数学模型,设计了用于励磁控制的内环H∞励磁控制器;针对快速励磁引起发电机振荡和失步等问题,设计了保证同步风力发电机并联稳定运行的外环H∞电力系统稳定器,有效解决了同步发电机快速励磁和暂态稳定之间的矛盾。仿真结果表明,基于H∞理论的同步风力发电机输出电压DL-H∞控制在快速性和稳态性能上优于单一H∞励磁控制。     

传感器失效不确定时滞系统指数稳定H∞可靠控制

针对一类含有时变时滞的不确定线性系统,研究了在传感器发生故障情况下系统指数稳定鲁棒H∞可靠控制器设计问题。通过状态变换,将原系统的鲁棒可靠指数稳定问题转化为另一个等价系统的鲁棒可靠稳定问题,根据Lyapunov稳定性理论,推导出系统存在指数稳定可靠控制器应满足的矩阵不等式和系统具有H∞性能指标应满足的矩阵不等式,并将其转化为两个线性矩阵不等式,给出了状态反馈控制器的设计方法。该方法设计的指数稳定鲁棒H∞可靠控制器,使得时滞系统对于任意允许的不确定性以及一个预先指定传感器子集中任意传感器失效都能够保持鲁棒指数稳定,并使系统具有指定H∞范数的干扰抑制能力。仿真结果表明了该控制器设计方法的有效性。     

基于多目标遗传算法的永磁环形力矩电机H∞速度控制

数控转台用永磁环形力矩电动机回转送进系统采用直接驱动技术后,对负载扰动和参数变化更为敏感,使系统的伺服性能大大降低.采用多目标遗传算法设计H∞速度控制器,对H∞速度控制器参数优化选取,与传统H∞速度控制相比,该控制方法可以有效地抑制负载扰动和参数变化对数控转台伺服系统的影响,使系统具有更强的鲁棒性,并获得良好的跟踪响应.仿真结果表明,所提出的多目标遗传算法H∞速度控制使数控转台回转送进系统对负载扰动及参数变化具有更强的鲁棒性和快速性.     

多机电力系统间接自适应模糊分散 H∞ 控制研究

针对多机电力系统励磁控制模型,考虑到系统的多变量、强耦合非线性等特性,提出了基于模糊逼近的间接自适应模糊分散H∞跟踪控制方案。该方案通过构建模糊自适应系统来逼近未知函数,然后设计H∞补偿器来抵消外部扰动和模糊逼近误差,从而实现了对多机电力系统的稳定性控制并且具有H∞性能。仿真结果表明,当多机电力系统发生三相可恢复故障和三相不可恢复故障时,发电机的转子运行角趋于某一固定值,相对转速和跟踪误差都趋于零。所提方案与电力系统稳定器(PSS)方案对比可知,PSS方案虽然能使系统稳定,但是其超调量大、过渡时间长,而所提方案不仅可以使系统在故障之后迅速稳定,而且超调量更小。     

基于SSA的微电网负荷频率鲁棒H2/H∞控制研究

针对微电网中由可再生能源出力波动和负荷变化引起的频率振荡问题,提出了一种混合H2/H∞鲁棒策略的负荷频率控制器。首先建立了具有功率扰动信号的风光柴微电网负荷频率控制模型。然后基于鲁棒H∞理论设计了鲁棒H2/H∞控制器。在控制器的设计中,使用了樽海鞘群算法(SSA)对有关加权矩阵参数和范数权重进行寻优求解,使控制器的调整性能达到最好。最后仿真结果表明,相比于传统的鲁棒H∞控制和PID控制,提出的H2/H∞鲁棒控制器在微电网的外界功率干扰以及系统的参数扰动工况下均有较好的控制效果。