离心–气压系统基于SDRE的最优保性能鲁棒控制

针对离心–气压系统,本文提出基于状态相关黎卡提方程(SDRE)的最优保性能鲁棒控制方案,实现高精度、高稳定性的气压控制.针对气压系统中存在的参数不确定性及参数未知且与状态相关的问题,首先采用自适应参数估计方法对系统未知参数进行估计,保证参数估计误差的快速收敛.基于参数估计的结果,设计了最优保性能鲁棒控制器,该控制器在参数不确定性存在的情况下仍能保证系统性能指标达到一确定的上界.然而,由于新的黎卡提方程是与状态相关的,不易求得解析解,因此,通过泰勒级数法离线逼近SDRE的最优解.所提出的控制方案不但具有较强的鲁棒性,并且具有快速、无超调、易于应用等优点.最后,仿真分析和实验结果也验证了所设计的控制方案可以实现气压范围为1-100 kPa,随动误差低于10 Pa的高精度跟踪控制.

Delta算子不确定系统的最优保性能控制

研究了Delta算子描述下的具有范数有界参数不确定线性系统的最优保性能控制律的设计问题。运用线性矩阵不等式,首先证明了保性能控制律的存在的充分必要条件,然后用一个线性矩阵不等式的可行解给出了所有保性能控制律的一个参数化的表示。在此基础上,通过建立和求解一个凸优化问题,给出了最优保性能控制律的设计。最后,用一个例子验证了给出方法的可行性。

变采样网络控制系统的最优保性能控制

研究了一类不确定时延网络控制系统的最优保性能控制问题。针对线性时不变控制对象,控制器和控制对象采用时间-事件驱动,系统成为变采样网络控制系统,考虑在不确定时延小于或者等于一个变采样周期时,基于动态输出反馈对变采样网络控制系统进行建模,利用线性矩阵不等式研究了系统的保性能控制,并设计了保性能控制率和最优保性能控制率,最后给出实例表明在最优保性能控制率的控制下系统稳定。

四轮转向半挂汽车列车鲁棒最优保性能控制

引入Gim轮胎模型建立四轮转向半挂汽车列车的四自由度非线性动力学模型。考虑轮胎侧偏刚度的不确定性,提出四轮转向半挂汽车列车直接横摆力矩的鲁棒最优保性能控制方案,基于模型追踪控制技术推导了直接横摆力矩的鲁棒最优保性能控制器。借助Matlab/Simulink软件,以建立的非线性动力学模型为平台,对该控制器的有效性进行了验证。仿真结果表明,高速大转向时,与传统二次最优控制相比,四轮转向鲁棒最优保性能控制方案可获得更好的控制效果,可显著提高半挂汽车列车的操纵稳定性。

一类不满足匹配条件的不确定广义系统的最优保性能控制

针对一类不确定性是范数有界时不变的可不满足匹配条件的参数不确定广义线性系统和一个二次型性能指标,研究了其状态反馈最优保性能控制器的设计问题.采用线性矩阵不等式方法,导出了一个用线性矩阵不等式表达的保性能控制律存在的充分条件;在此基础上,建立并求解一个凸优化问题,给出了最优保性能控制律的设计方法.通过实例说明了该方法的应用.

基于最优保性能控制的互联大系统实例研究

将最优保性能控制应用于互联大系统的控制器设计中,对一个13工位自动化设备的互联大系统采用离散增量建模,得到近似线性模型,测定模型参数并估计系统不确定项的界限.通过一组线性矩阵不等式的可行解问题来设计这类具有控制输入约束的离散不确定线性系统的二次保性能控制器.再求解一个凸优化问题,得到系统的最优保性能反馈控制器.仿真结果表明该控制器控制效果优于传统的最优控制方法.

主动前轮转向的三自由度最优保性能控制

建立主动前轮转向三自由度车辆非线性模型,考虑轮胎侧偏刚度参数的不确定性,提出了最优保性能车辆稳定性控制方案,基于线性矩阵不等式等处理方法,导出二次最优保性能控制律。仿真结果表明,与传统前轮转向和比例微分控制相比,最优保性能控制方案保证了系统质心侧偏角基本保持为零、横摆角速度快速达到稳态值,可提高行驶安全性和操纵稳定性。

采用PQLF的不确定模糊系统最优保性能控制

对一类模有界的参数不确定T-S模糊系统的保性能控制问题进行了分析研究。一个二次指标函数表征了闭环系统的性能。采用分段二次Lyapunov函数(Piecewise quadratic Lyapunov function,PQLF)方法,在使闭环系统渐近稳定的前提下以线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)的形式给出了一种鲁棒最优保性能控制律。同时提出了一种新型分段并行补偿(Parallel distributed compensation,PDC)控制策略。该PDC控制器同样反映了模糊系统前提变量的规则结构信息。数值仿真显示,采用该设计方法所得到的闭环保性能值优于传统二次Lyapunov函数(Common quadratic Lyapunov function,CQLF)方法下的闭环保性能值,且系统动态性能良好,鲁棒性强。

时变不确定切换广义系统的鲁棒最优保性能控制

针对一类时变参数不确定切换广义系统,对其鲁棒最优保性能控制问题进行研究,假定其中的时变不确定性项是范数有界的,但不需要满足匹配条件。通过构造广义Lyapunov函数和线性矩阵不等式方法,给出系统鲁棒最优保性能控制器存在的充分条件。进一步,建立一个具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,得到鲁棒最优保性能控制律及闭环性能指标上界。最后用示例说明该方法的有效性。

多采样率网络化系统的最优保性能控制

针对一种输入多采样率网络化控制系统,在同时考虑网络诱导时延和被控对象的预测输出的条件下设计了动态输出回馈控制器,以得到系统的最优保性能控制,并利用线性矩阵不等式证明了控制系统的稳定性,数值模拟验证了其有效性.结果表明,所设计的控制器能够保证控制系统稳定性并满足性能控制的要求.

不确定线性系统的最优保性能可靠控制

针对一类不确定线性系统,采用连续增益故障模型提出了考虑执行器故障的保性能可靠控制问题.通过对具有执行器增益故障的系统分析,利用线性矩阵不等式(LMI)分别给出了保性能标准控制、最优保性能标准控制、保性能可靠控制、最优保性能可靠控制存在的充分条件.根据凸优化理论,最优保性能标准控制和最优保性能可靠控制的设计方法转化为一个线性凸优化算法.仿真数例验证了文中所提出方法的可行性.在相同形式的故障发生时,比较最优保性能标准控制与最优保性能可靠控制,进一步说明了最优保性能可靠控制的必要性.

带有不确定性的多电机卷绕系统的分散最优保性能控制

针对具有参数不确定、强耦合的多电机卷绕系统,提出一种分散最优保性能控制方法.首先,将多电机卷绕系统看成由若干动态区间子系统组成的综合系统,引入区间矩阵以处理子系统模型中的设定值改变和不确定参数;在此基础上设计基于状态反馈的分散最优保性能控制器,得到控制器存在的线性矩阵不等式(LMI)充分条件;最后以三电机卷绕系统为研究对象,对所设计的控制器进行仿真和平台实验,实验结果表明,所提出的分散最优保性能控制能有效降低控制代价,增强系统的抗干扰能力,保证张力和速度的控制精度.

变采样周期网络控制系统的最优保性能控制

针对短时延网络控制系统,提出了将时变采样周期分成为定常采样周期和网络诱导时延的和.建立了系统离散模型,将采样周期的不确定性转换成系统参数的不确定性.研究设计了最优保性能状态反馈控制器,基于线性矩阵不等式的可行解给出了控制器参数.仿真证明了该方法的有效性,比较于其他的设计方式,该方法的计算量小.

不确定系统的保性能可靠控制

针对不确定线性连续系统,研究了执行器失效情况下的保性能可靠控制问题.利用LMI给出了不确定线性系统对执行器故障具有渐近稳定性及可靠保性能的充分条件,进而讨论了参数不确定线性系统的保性能可靠控制器的设计问题.根据凸优化理论,给出了最优保性能可靠控制器的线性凸优化设计算法和设计步骤.采用所设计的可靠状态反馈控制器,当任意执行器出现故障时,闭环系统仍保持渐近稳定且保持原有的性能指标.

保性能控制在平面一级倒立摆的应用研究

摆系统是一个典型的强耦合、非线性、高阶次的不稳定系统,常规控制方法如算法、最优控制算法等。由于摆系统的数学模型是在忽略了次要因素的基础上得出来的,当系统受到外部的干扰时,这些次要因素的影响比较突出,控制系统采用基于线性矩阵不等式的方法设计一系统性能上界最小、保守性最低的最优保性能控制律,以改善系统的瞬态性与鲁棒性。然后采用的工具箱设计该控制律,并对系统进行仿真。最后采用3.1编写控制程序,实现对平面二级摆系统的实时控制。

平面二级倒立摆的保性能控制

摆系统是一个强耦合、非线性、高阶次的不稳定系统,常规控制方法如PID算法、最优控制算法等。由于摆系统的数学模型是在忽略了次要因素的基础上得出来的,当系统受到外部的干扰时,这些次要因素的影响比较突出,控制系统采用基于线性矩阵不等式的方法设计一系统性能上界最小的最优保性能控制律,以改善系统的瞬态性与鲁棒性。然后采用Matlab的工具箱设计该控制律,并对系统进行仿真。最后采用VC++6.0编写控制程序,实现对平面二级摆系统的实时控制。

时域硬约束下汽车主动悬架H2/H∞保性能控制

在充分考虑了悬架系统的时域硬约束的前提下,针对悬架系统的刚度和阻尼参数的摄动,运用线性矩阵不等式技术,提出了一种基于H2/H∞状态反馈控制的主动悬架鲁棒最优保性能控制策略。以半车模型为例,设计了主动悬架鲁棒H2/H∞最优保性能控制器。分别在悬架系统参数无摄动、向上摄动、向下摄动的三种情况下与相应的被动悬架做时域对比分析;并在频域做了悬架系统参数无摄动的功率谱密度的对比分析;仿真结果验证了所提出的主动悬架鲁棒H2/H∞保性能控制策略的可行性和有效性。

具有连续增益故障离散系统保性能可靠控制

针对不确定离散线性系统,采用连续增益故障模型,提出了考虑执行器故障的保性能可靠控制问题。通过对具有执行器故障不确定离散线性系统的分析,利用LMI分别给出了保性能标准控制器、保性能可靠控制器存在的充分条件及设计方法。根据凸优化理论,最优保性能标准控制器和最优保性能可靠控制器的设计方法转化为一个线性凸优化算法。在仿真数例中,不仅验证所提出方法的可行性;而且比较了最优保性能标准控制与最优保性能可靠控制。通过比较可以看出,当发生故障时,最优保性能标准系统将失去原有的性能和稳定性;最优保性能可靠系统仍将保持原有的性能。

基于T-S模型的约束鲁棒保性能飞行控制律设计

对一类具有范数有界参数不确定Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型系统,采用状态反馈并行分配补偿结构,综合考虑变量约束和多个性能指标,研究了约束鲁棒最优保性能飞行控制律设计问题。改进输入、输出及状态约束线性矩阵不等式,提出了带约束模糊最优保性能控制定理。在一般抗干扰控制基础上引入不确定性矩阵,证明了模糊鲁棒最优抗干扰定理。综合上述结论,推导出带约束模糊最优保性能抗干扰定理。最后,建立了飞机不确定T-S模糊模型,分别设计了满足上述3个定理的飞行控制律,并进行了仿真与对比分析,结果验证了该设计方法的有效性。

多电机驱动系统的保性能鲁棒Funnel控制

本文针对含参数不确定性的多电机驱动系统,提出一种基于最优保性能鲁棒的Funnel控制方法实现系统的规定跟踪性能.该控制方法通过构造Funnel函数对误差系统进行变换,并设计自适应反步控制器保证变换后系统的稳定性即可使跟踪误差的瞬态和稳态响应均被限制在给定的Funnel边界内.然而由于系统中存在的参数不确定性会影响系统的规定控制性能,本文在Funnel控制基础上又设计了最优保性能鲁棒控制器.它是通过将参数不确定性系统的保性能鲁棒控制问题转化为标称系统的最优控制问题,并求解新的黎卡提方程而得到的.因此所设计的控制器不但消除了参数不确定性对系统的影响并且能够使系统的性能指标达到一确定的上界.最后,对四电机驱动系统进行了仿真和实验验证,说明所提出控制方法的有效性.