倒立摆系统的一种H_∞优化控制

在运用H∞环路成形设计方法时权函数的选择一般是凭经验试凑,不能保证所得控制器综合指标最优;且控制器阶次较高,不便于工程实现和参数调整.鉴于以上问题,提出了基于遗传算法的权函数选取方法,在遗传算法的目标函数里加入对鲁棒性能和时域性能指标的约束,从而得到使控制器综合性能指标最优的权函数,避免了凭经验试凑权函数的盲目性;然后,给出一种用多变量PID控制器逼近此控制器的方法,使所得控制器便于实际运用.最后用此方法对小车倒立摆系统进行仿真,结果表明了该方法的有效性.

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。

挠性系统的控制设计和H_∞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.

基于GA和H_∞混合优化的船舶航向控制器设计新方法

提出一种ＧＡ和Ｈ∞混合优化的般舶航向控制器设计新方法。该方法采用Ｈ∞环路成形技术设计船舶航向控制器，成形权函数采用遗传算法进行优化，从而避免了凭经验试凑权函数的盲目性，使控制器的设计系统化，且简单易行。

机翼颤振的混合灵敏度H_∞鲁棒控制器设计

主动颤振抑制技术是未来弹性飞行器设计中的一项关键技术,越来越受到广泛的关注。但传统的LQG方法鲁棒性很差,限制了其实际应用。本文采用混合灵敏度H∞控制方法,并结合回路成型技术设计了机翼颤振抑制的鲁棒控制器。此方法直接针对回路的灵敏度函数和补灵敏度函数性质,根据颤振抑制系统期望的回路频域特性要求,通过选择合适的加权函数形状获得了满意的闭环系统性能,从而实现对颤振的鲁棒抑制。其特点是能够方便直观的获得系统所期望的频域性能,并具有良好的鲁棒性和抑噪能力,非常有利于工程实用。最后利用典型的二维机翼俯仰沉浮气动弹性系统模型,分别采用混合灵敏度H∞控制器和LQG控制器对机翼颤振进行抑制。仿真结果表明,本文所设计的控制器将颤振速度提高了12.2%,能够更加有效地抑制机翼颤振。

H_∞回路成形中的μ综合法

H∞控制理论中的回路成形设计和μ综合都已经是定型的设计方法.最近有文献提出一种将这两种设计方法结合起来处理弱阻尼谐振模态参数摄动的新方法.但是实际设计表明,二者的结合并没有达到预期的效果.本文分析指出,回路成形本质上是一种鲁棒稳定性设计,其H∞范数指标的逆就是系统的稳定裕度.而μ综合只是一种鲁棒性能的设计工具.μ综合与回路成形结合只是反映在稳定裕度上,而并不影响设计所允许的摄动大小.所以在回路成形设计中没有必要再加进μ综合法.文中附有算例.

考虑广域信息时延影响的H_∞阻尼控制器

广域控制策略可以有效提高广域分布互联电力系统的动态性能,但是广域控制信号传输时延会对控制器产生负面影响,并且日趋复杂的系统结构及接近稳定极限的运行条件对控制器的鲁棒性能提出了更高的要求。该文在考虑信号传输时延的情况下建立了电力系统状态空间模型,并应用H∞回路成形及规范互质分解技术对上述模型进行了鲁棒镇定控制器设计。得到的控制器不仅具有很强的鲁棒性能,同时可使闭环系统容忍更大的时延。以时域仿真结果说明了所得控制器的性能及方法的有效性。

直升机H_∞回路成形全姿态控制器设计

根据内外回路思想结合鲁棒H∞回路成形方法,设计了直升机双回路飞行控制系统。内回路主要完成直升机的全姿态控制,包括滚转角、俯仰角和偏航角的同时控制;外回路在内回路的基础上实现了速度跟踪。所设计的控制系统基本实现了直升机各通道间的解耦,且具有良好的跟踪性能和鲁棒性能。最后,按照ADS-33E标准对飞行性能进行了评估,结果表明飞行品质达到了1级水平。

H_∞回路成形直升机双回路控制系统设计

根据直升机飞行控制系统的内外回路设计概念,利用H∞回路成形方法设计了直升机双回路控制系统。首先采用H∞回路成形方法设计姿态命令/姿态保持控制器,使得直升机内回路具有良好的带宽和响应时间,且保持通道的解耦和鲁棒性;采用H∞回路成形方法构建直升机的速度回路作为外回路,实现对直升机的前飞速度和横向速度的控制,保证速度通道上具有良好的跟踪性能和鲁棒性能。并按照ADS-33E对所设计的控制系统的操纵品质做出了评价。仿真结果显示了良好的控制效果,验证了该设计方法的有效性。

基于H_∞回路成形方法的蒸汽发生器水位控制系统主控制器参数整定

针对U形管蒸汽发生器水位前馈-反馈串级三冲量控制系统的主控制器PID参数整定困难,且鲁棒性要求高的特点,给出了一种基于H∞回路成形方法的主控制器PID参数整定方案。在负荷变化情况下,对采用传统方案整定主控制器的PID参数和H∞回路成形方法整定主控制器的PID参数蒸汽发生器水位控制系统进行了对比仿真实验。仿真结果表明,采用该方法整定的控制系统具有良好的鲁棒稳定性和较好的控制性能。

基于H_∞控制的多变量系统PID控制器设计

研究了基于环路成形Ｈ∞控制的多变量系统ＰＩＤ控制器设计。为了能方便地在实际工程中实现复杂的控制，提出了采用多变量ＰＩＤ控制器逼近所得高阶控制器的方法，并给出了如何选择影响闭环系统性能的预补偿器方法。这种设计方法的主要特点是，只通过调整反映闭环系统的鲁棒稳定性与时域性能的一个设计参数，便可以得到ＰＩＤ控制器。仿真结果表明，所得的多变量ＰＩＤ控制器具有较好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。

基于H_∞环路成形和自适应神经模糊推理系统的模糊控制器设计

H∞环路成形方法设计的控制器阶次较高,不便于工程实现和参数调整;用传统方法确定模糊控制器隶属度函数的参数和模糊规则比较费时且难以保证鲁棒性能和时频域性能指标.针对上述情况,提出了一种综合运用H∞环路成形和自适应神经模糊推理系统来设计模糊控制器的方法.首先采用H∞环路成形设计方法,得到鲁棒裕量、动态和稳态性能都符合要求的控制器,然后用自适应神经模糊推理系统来逼近此控制器,最后根据自适应神经模糊推理系统参数确定相应的模糊控制器规则和参数.该方法确定模糊控制器隶属度函数的参数精确而省时,且能保证控制器具有较强的鲁棒性和良好的控制效果.通过对小车倒立摆系统进行的仿真,验证了该控制器设计方法的有效性.

一种改进的H_∞回路成形权重函数优化选取方法

在介绍和分析H∞回路成形基本设计方法的基础上,针对权重函数选取需要反复迭代、过程繁琐、所得控制器难以同时满足时域和频域性能指标等问题,提出了一种基于工程设计、辅以混沌优化理论的权重函数选取方法.与常规的权重函数选取方法相比,该方法能够减少权重函数选取时迭代的次数,保证控制器的综合性能.仿真研究表明,利用该选取方法设计控制器简单易行,且控制器的性能能够更好地满足设计要求.

中继卫星H_∞姿态稳定控制研究

主要研究中继卫星H∞回路成形姿态稳定控制问题。中继卫星具有弱阻尼的柔性模态频率和晃动模态频率,并且模态频率具有不确定性,同时系统增益也存在有较大的变化。首先利用拉格朗日方程建立了该卫星的动力学方程,描述了系统存在的结构不确定性,然后设计了H∞回路成形控制器。在设计过程中,首先提出了控制系统所需要满足的鲁棒稳定性和鲁棒性能指标;随后利用H∞回路成形理论设计了卫星的姿态稳定控制器,利用ν间隔度量方法对所设计的控制器进行了降阶处理,并且对所设计的控制器进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析;最后通过数学仿真证明了所设计的控制器的有效性。

H_∞回路成形半挂汽车列车鲁棒控制器设计

在路面参考坐标系下建立了半挂汽车列车模型,分析了牵引车侧向位移响应特性。将鲁棒控制理论和算法应用于半挂汽车列车干扰控制的研究。针对开环不稳情况,运用标称受控对象前后加权、规范化左互质因式分解等方法设计了H∞回路成形控制器。该控制器具有良好的鲁棒稳定性,能够稳定有干扰情况下的车辆系统,满足道路条件要求,使侧向偏移量保持在较小数值下。

环形二级倒立摆H_∞鲁棒控制器设计及仿真

研究了环形二级倒立摆的平衡控制,首先利用拉格朗日动力学方法建立了环形二级倒立摆的数学模型,分析了系统的稳定性及能控能观性;接着引入H∞回路成形鲁棒方法设计其控制器,但考虑到H∞控制器阶次过高的问题,因此采用最小信息损失方法对设计的控制器进行了降阶。通过仿真验证,证实了降阶后的H∞回路成形控制器对于环形二级倒立摆平衡控制有良好效果。

基于H_∞回路成形的鲁棒PID参数整定

积分过程在工业过程控制中经常遇到,采用常规的PID参数整定方法很难得到理想的控制效果。本文采用基于H∞回路成形的鲁棒PID参数整定方法,实现对积分过程的有效控制。通过Simulink软件的仿真结果表明该方法的有效性。

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。

蒸汽发生器水位控制器的多目标GA和静态H_∞回路成形优化设计

提出了一种基于多目标遗传算法和静态H∞回路成形综合的给定结构鲁棒控制器设计方法,采用该方法设计了低负荷下蒸汽发生器水位的比例微分串联滤波器型控制器,并进行了水位给定值阶跃变化、蒸汽流量阶跃扰动和给水压力波动下控制系统响应的仿真试验.结果表明:所设计控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能优于其他3种基于H∞回路成形的控制器设计方案;所得控制器在给定值阶跃变化、给水和流量扰动下均能保持较好的控制品质,具有良好的鲁棒性.

鲁棒PID控制器的H_∞回路成形优化设计及其在蒸汽发生器水位控制中的应用

针对H∞回路成形设计,提出了一种基于线性矩阵不等式技术的PID型权函数优化算法。结合静态H∞回路成形控制器综合,给出了一种系统的鲁棒PID迭代优化方法。基于所提方法设计了蒸汽发生器水位控制系统的PID型主控制器。仿真结果表明,所设计控制系统具有较好的鲁棒性能和鲁棒稳定性,综合控制品质优于全阶权函数优化(或本文所提PID型权函数优化)和标准控制器综合相结合的方法。