快速反射镜的系统辨识与回路成形H∞鲁棒控制

音圈式快速反射镜(Voice Coil Actuator-Fast Steering Mirror,VCA-FSM)是星间激光通信中的重要伺服机构,其基于音圈电机进行驱动,FSM内部的柔性支撑结构以及轴间相对运动使系统存在复杂耦合特性,降低了系统的控制性能。对于该问题,本文提出了一种基于模型辨识的双轴回路成形H∞解耦控制方法。首先,基于激励与响应数据求解系统脉冲响应序列,构造Hankel矩阵进行系统辨识;其次,考虑系统的耦合特性,基于标称模型进行双轴回路成形H∞鲁棒控制器的设计;最后,基于VCA-FSM伺服控制实验平台,开展方波与正弦扫频实验。实验结果表明:相较于LQG与LQR控制,本文所提出的双轴回路成形H∞鲁棒控制使系统X,Y轴跟踪闭环带宽分别最大提升了54.3 Hz和54.8 Hz,显著降低了系统的耦合特性。本文所提出的控制方法充分提高了VCA-FSM伺服系统的性能,实现了双轴VCA-FSM的高性能解耦控制。

基于LMI方法的网络化控制系统的H_∞鲁棒控制

为克服时延和不同步对系统性能产生的影响,将时延的不确定性转换为系统状态方程系数矩阵的不确定性,将网络化控制系统的状态向量扩张为增广状态向量,利用所提出的基于LMI的H∞鲁棒控制方法,通过状态的静态反馈控制,使得系统在没有外界未知扰动影响的情况下,闭环系统是二次稳定的;在系统存在外界未知扰动影响时,闭环系统具有较好的干扰抑制作用.仿真示例验证了该控制方法的有效性.

H_∞鲁棒控制理论发展的十年回顾

回顾了状态空间Ｈ∞鲁棒控制理论十年的发展历史。首先介绍了Ｈ∞鲁棒控制理论的概念及实质，然后将其发展过程划分为４个阶段，给出了国际著名学者的重要成果年代文献表，并归纳出Ｈ∞鲁棒控制理论的特点，简介了小增益理论、回路成形及μ分析的主要内容。

基于H_∞鲁棒控制的挠性卫星姿态控制

针对存在未建模动态、模型参数不确定性和外力矩扰动的挠性卫星,通过选择合适的加权函数将挠性卫星姿态控制问题转化为H∞混合灵敏度问题。采用H∞优化方法设计了鲁棒控制器。最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究,结果表明采用鲁棒控制器的姿控系统较传统的PID控制的姿控系统具有更好的鲁棒稳定性和抗干扰性能。

基于H_∞鲁棒控制理论的高压直流输电系统附加次同步振荡阻尼控制设计

对含串联电容补偿的交直流并联输电系统,通过在整流站附加相应的控制信号可以削弱次同步振荡,以往在设计高压直流输电系统附加次同步振荡阻尼控制器时忽略了逆变侧对次同步振荡特性的影响。实际分析表明,逆变侧交流母线的强弱以及逆变站不同的控制方式对次同步振荡阻尼特性有显著影响。作者运用H∞鲁棒控制理论设计了高压直流输电系统次同步振荡阻尼控制器,把逆变侧交流短路阻抗变化、逆变站控制方式的改变以及系统运行条件变化所引起的系统模型幅频特性差异看作系统模型的不确定性,并把在可行变化范围内对应的不确定界用相对简单的频域函数描述,把设计次同步振荡阻尼控制器归结为求解H∞鲁棒控制理论的混合灵敏度问题。特征根分析与时域仿真计算表明所设计的阻尼控制器能在较大的运行条件变化范围内可有效地抑制次同步振荡。

风力发电系统的H_∞鲁棒控制

采用H∞混合灵敏度鲁棒控制原理,开发了风力机的转速控制器,提高了风力发电系统转速控制的抗干扰性,从而获得最大能量追踪的快速性和稳定性,使得风力发电系统能够捕获更多的风能,并最终提高风力发电的效率。在实验室开发了基于直流电力总线的风力发电实验系统,最后给出了控制器的仿真和实验的数据结果,验证了控制器的有效性。

电动汽车再生制动H_∞鲁棒控制仿真研究

分析了当前几种电动汽车再生制动方式的不足,为防止过大的充电电流对蓄电池造成损害,提出了以蓄电池充电电流为控制对象的再生制动方案。另外,根据电动汽车电机反电动势、电池电压、道路状况,以及初始车速有较大范围变化的特点,设计了电动汽车再生制动H∞鲁棒控制器,并利用SIMULINK建立了电动汽车再生制动系统模型以进行不同条件下的仿真研究,结果表明H∞鲁棒控制器比传统的PI控制器具有更好的稳定性、更强的鲁棒性和抗干扰能力。

风力发电系统的恒功率非线性H_∞鲁棒控制

风力发电系统传统控制器的缺点在于,基于某一工况点的局部线性化方法无法实现全局范围的精确控制,且传统的控制理论无法应对内外干扰.本文将精确反馈线性化方法与线性H∞理论相结合设计非线性H∞控制器.首先用微分几何精确线性化方法将非线性风电模型全局线性化,然后运用线性H∞控制理论对此线性系统设计控制器,将两者结合有原风电系统的非线性H∞变桨距控制器.最后对12m/s至24m/s阶跃风,12m/至22m/s骤变风,18m/s至20m/s随机风,以及风力机转动惯量下降10%的情况进行仿真,能实现风机转速及输出功率的恒定.验证了该控制器在全风速段的精确控制,并且具有良好鲁棒性.

一种改进的同伦算法与H_∞鲁棒控制器设计

提出了一种具有阶次限制的鲁棒控制器设计方法,该算法将控制系统的性能指标转化为灵敏度函数问题,并利用Nevanlinna-Pick插值算法进行求解.提出了一种改进的同伦算法,将其用于求解由灵敏度函数产生的非线性方程.基于改进同伦算法设计的鲁棒控制器不仅避免了传统H∞控制中加权函数的选择问题,而且克服了鲁棒控制器阶次较高的缺陷.最后,文章以4阶系统为例,设计了具有阶次限制的H∞鲁棒控制器,通过与传统鲁棒控制器的比较可以看出,基于本文方法设计的控制器不仅具有较低的阶次,而且其控制性能也具有明显的优越性.

汽车防抱死制动系统的H_∞鲁棒控制

为克服道路条件变化与汽车载质量、制动器效能因数和胎压等参数摄动及因忽略系统非线性因素而出现的未建模动态特性给汽车制动防抱死系统(ABS)控制带来的不良影响,提高其鲁棒性和控制精度,运用汽车动力学理论,建立了ABS系统的数学模型并进行了适当简化。采用混合灵敏度方法设计了基于滑移率控制的ABS系统H∞鲁棒控制器。利用Matlab/Simulink对所设计的鲁棒控制系统进行了仿真,并与传统PID控制作了对比分析。结果表明,ABS鲁棒控制器在控制精度、鲁棒稳定性及响应时间等方面都优于传统PID控制;在汽车载质量、制动效能因数和道路条件等发生变化的情况下,ABS鲁棒控制器均能承受参数变化的不确定性,并将车轮滑移率有效地控制在期望值附近,明显提高了整车的制动性能。

基于LMI的4WS-4WD车辆H_∞鲁棒控制器设计

基于线性矩阵不等式(LMI)设计了H_∞鲁棒最优控制器以及H_∞鲁棒非脆弱控制器.通过两自由度(2-DOF)车辆模型推导并建立H_∞鲁棒控制系统,此外,定义系统摄动并对摄动矩阵进行分解,进而利用线性矩阵不等式求解控制器.仿真结果表明,H_∞鲁棒最优控制器对侧偏角及横摆角速度的控制效果显著优于LQR控制器.同时,在控制器存在摄动及对侧偏角及横摆角速度进行控制的情况下,H_∞鲁棒非脆弱控制器的鲁棒性能显著优于普通鲁棒H_∞控制器.因此,H_∞鲁棒最优控制器解决了普通鲁棒H_∞控制器控制性能差的问题,H_∞鲁棒非脆弱控制器则解决了普通H_∞鲁棒控制器对参数变化敏感的问题.

基于免疫优化的机炉协调系统模糊增益调度H_∞鲁棒控制

针对非线性锅炉-汽轮机系统在负荷点大范围变动情况下的协调控制,提出了一种新的免疫优化模糊增益调度H∞鲁棒控制方法。该方法首先利用H∞/混合灵敏度方法设计出多个H∞局部鲁棒控制器以覆盖机炉系统的负荷变化区间;然后采用模糊推理生成增益调度准则以实现各局部控制器间的软切换;最后利用免疫遗传算法对模糊增益调度准则的结构参数进行优化设计,从而保证闭环系统具有良好的全局控制性能。仿真研究表明:基于该方法设计出的协调控制系统在大工况范围内具有优良的调节品质。

多时滞不确定系统的非脆弱H_∞鲁棒控制

针对一类复杂的多时滞不确定系统,在控制器增益存在加性和乘性两种摄动形式时,分别设计了非脆弱H∞鲁棒控制器,利用构造的Lyapunov函数和线性矩阵不等式,证明并给出了非脆弱H∞鲁棒控制问题有解的充分条件.所设计的控制器使系统具有鲁棒性,能满足所给H∞范数指标,而且当控制器增益参数变化时,系统性能指标同样能够满足要求.该系统对环境参数的变化具有更好的适应能力.算例仿真结果表明,系统对不确定参数变化及控制器增益摄动都具有鲁棒性,对大幅度的干扰波动具有很强的抗扰动能力.

带非线性摄动的状态延迟系统的H_∞鲁棒控制

研究了带非线性摄动的状态延迟系统的 H∞ 鲁棒控制 .该摄动用有界范数描述 ,它不仅与非延迟状态有关 ,而且与延迟状态有关 .用动态耗散理论 ,基于矩阵不等式 ,给出了系统满足 H∞ 鲁棒扰动衰减性能准则的充分条件 ;同时系统地推导出了独立于延迟的无记忆状态反馈控制器、基于状态观测器的动态输出反馈控制器和依赖于延迟的状态反馈控制器的设计算法 .

一类时延网络控制系统的H_∞鲁棒控制

研究一类具有不确定时延的网络控制系统的H∞鲁棒控制问题。假设网络控制系统的控制器与执行器均为事件驱动,传感器为时间驱动,网络诱导时延是时变、不确定的,且小于传感器的采样周期;将此类网络控制系统的广义被控对象建模为一类具有不确定性的线性离散系统。基于Lyapunov函数和线性矩阵不等式(LMI)方法,导出了闭环系统渐近稳定且满足给定H∞性能指标的充分条件,并给出控制器的设计方法。仿真表明该方法是有效的。

DCT车辆起步及换挡过程双离合器H_∞鲁棒控制

根据自主研发的双离合器自动变速器(DCT)结构和工作原理,建立了DCT车辆起步及换挡过程动力学模型。考虑起步及换挡过程中发动机扭矩波动及油门踏板抖动等不确定性因素,基于Ric-cati不等式和线性矩阵不等式设计了H∞鲁棒控制器,分析了冲击度和滑摩功两项离合器接合性能指标,探讨了离合器最优传递扭矩的求解问题,并与线性二次型最优控制策略进行了仿真对比分析,结果表明:H∞鲁棒控制可以较好地解决DCT车辆起步与换挡过程离合器压力控制问题,并能显著地改善离合器控制的鲁棒性能。

时变不确定离散时滞系统的H_∞鲁棒控制

研究了一类线性不确定离散时滞系统的H∞ 鲁棒控制问题 ,其时变不确定项是范数有界的 ,但无需满足匹配条件 .基于线性矩阵不等式 (LMI)方法 ,得到了可H∞ 鲁棒镇定的一个充分条件 .通过求解一个特定的线性矩阵不等式 ,即可获得H∞ 状态反馈控制器 .

车辆座椅悬架系统的建模与H_∞鲁棒控制研究

建立了四自由度的“车-椅-人”悬架系统动力学和数学模型．运用H。鲁棒控制理论为车辆座椅悬架系统设计了鲁棒控制器，并且借助Matlab软件对鲁棒控制器和最优控制器的控制性能进行了仿真分析．仿真结果表明：与最优控制器相比所设计的鲁棒控制器能更好地抑制座椅悬架系统的垂直振动加速度，在共振频率附近其减振幅度能达到50％～60％，大大提高了乘坐舒适性，并且该系统能够承受一定的模型参数不确定性，具有良好的鲁棒稳定性．

基于H_2/H_∞混合优化的大型风电机组变桨距鲁棒控制技术研究

基于线性矩阵不等式(LMI)设计多目标鲁棒H2/H∞状态反馈变桨距控制器,并通过极点配置,保证闭环系统的动态和稳态性能。变桨距控制器设计时充分考虑了减缓传动链疲劳载荷,达到减小机组关键部件载荷的目的。使用FAST软件进行仿真,仿真结果表明新型控制策略可有效平稳风电机组输出功率并降低机组疲劳载荷,实现了优化H2/H∞鲁棒控制性能。

参数不确定电梯机械系统振动的H_∞鲁棒控制

本文在阐述参数不确定性系统的鲁棒稳定及其控制器设计问题基础上 ,讨论应用H∞ 控制理论同时考虑鲁棒稳定与干扰抑制问题的控制器设计。最后考虑模型参数不确定性电梯系统振动的H∞ 鲁棒控制。数值仿真结果表明 ,控制算法是有效的 。