滞后广义系统的状态反馈H_∞控制

研究了一类状态方程和输出方程均带有时滞的滞后广义系统的H∞ 控制问题 .利用线性矩阵不等式 ,首先给出滞后广义系统零解渐近稳定且具有H∞ 范数约束的充分条件 ,进而分别设计无记忆和有记忆状态反馈控制律 ,保证闭环系统具有上述性能 ,同时基于线性矩阵不等式的解得到了相应控制器构造方法 .

基于道路误差动力学模型智能车辆横向切换LMIs/H_∞转向控制策略

基于道路误差动力学模型对不确定线性车辆模型设计了横向切换转向控制器,所提出的控制律包括车道中心线到车辆质心距离的切换PIDey控制和车辆相对车道方向误差的切换PDeψ控制,以车辆理论横摆角速度作为扰动项,控制策略利用状态反馈γ-次优H∞范数和线性矩阵不等式LMIs约束获得线性目标函数凸优化问题的最优解和相应的最小扰动抑制度γ。采用CarSim中的Alt3from FHWA道路模型和D-Class/Sedan车辆模型获取参考速度,为了简化模型,仅以时变速度子模型作为横向切换转向控制器的切换信号,在低附着系数道路上以10自由度车辆动力学模型验证了基于道路误差动力学模型比基于L2WVM(linear two-wheel vehicle model)所设计的横向控制律具有更高的路径跟踪精度和稳定性,通过改变车辆模型参数验证了基于道路误差动力学模型切换H∞控制器比L2WVM控制器具有更好的鲁棒性。

非线性离散广义系统的H_∞控制

针对非线性离散广义系统研究了状态反馈H∞控制器的设计问题,利用广义Lyapunov函数和线性矩阵不等式(LMI),首先对系统的零解渐近稳定问题进行了研究,并在此基础上给出了系统的零解渐近稳定且具有H∞范数约束的充分条件,之后设计了状态反馈H∞控制器,使闭环系统具有同样的性能,最后给出了数值算例说明本文结论的有效性和可行性.

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LMI优化的H_∞/广义H_2输出反馈主动悬架控制

在多目标控制框架下,基于线性矩阵不等式(LMI)优化技术,提出了一种H_∞/广义H_2输出反馈控制策略;利用广义H_2范数描述系统的时域硬约束,同时选择H_∞范数最小化系统的性能输出,最终将系统的控制律归结为求解具有LMI约束的(半)正定规划问题．对四自由度(4DOF)二分之一车主动悬架系统的仿真表明:H_∞/广义H_2输出反馈主动悬架系统能用有限的主动力保证操纵稳定性,并明显改善乘坐舒适性。

基于窗口H_∞范数的PID控制器优化设计

针对有限频段提出了窗口H_∞范数的新概念,然后给出了有限频段的界实定理及其对偶形式.按照模型匹配原则,将PID控制器的设计问题转化为窗口H_∞范数优化问题,通过求解LMI得到PID控制器参数.仿真结果验证了设计方法的有效性.

汽车主动悬架系统H_∞控制器的降阶

基于整车模型设计的主动悬架控制系统,控制器阶数往往较高.在保证主动悬架闭环系统性能的情况下如何尽可能地降低控制器的阶数,是有待解决的问题.本文首先建立汽车7自由度整车悬架模型.针对人体敏感的振动频率范围,设计汽车主动悬架H_∞控制器.在此基础上采用Hankel范数最优降阶法对所设计的高阶控制器进行降阶研究,与模态截取法、均衡截取法进行比较,结果显示Hankel范数最优降阶法能获得更好的降阶效果.对采用降阶和全阶控制器的主动悬架系统进行仿真的结果表明,Hankel范数最优降阶法在较大程度地降低控制器阶数的同时,闭环系统频域和时域特性没有明显降低且汽车乘坐舒适性良好.

不确定系统D稳定的鲁棒H_∞可靠性控制

研究了一类不确定系统区域稳定的鲁棒H∞可靠性控制器的设计方法,其目的是通过设计状态反馈控制器,使闭环系统的极点被配置在给定的圆盘中,同时,当有外生扰动,以及所有可能的不确定及其敏感执行器失灵的时候,依然能满足闭环传递函数的H∞范数有界的约束。借助于广义的Riccati矩阵不等式,给出了控制器存在的充分条件,同时给出了所期望控制器的解析式。最后,通过一个仿真例子,说明该方法的可行性。

基于H_∞范数的输电塔结构动力优化

目前输电塔结构设计主要基于静力及拟静力工况,以用钢量(总质量)为经济指标进行静力优化,忽略了动力荷载的频率特性。为解决输电塔结构动力优化问题,提出了基于H∞范数的优化方法。该方法以系统传递函数的H∞范数为优化目标,采用遗传算法对角钢截面进行优化。在计算H∞范数时,用串联多质点模型模拟塔架结构以简化计算。同时,引入惩罚函数来调整个体的适应度,从而保证优化结果满足静力工况,不出现杆件失稳且不增加用钢量。以一个实际输电塔结构作为算例进行优化计算,结果表明,该动力优化方法显著降低了输电塔的地震响应,同时保证结构满足静力工况且总质量不超过满应力优化法的用钢量。该方法不需要求解时域响应,计算效率较高。

二阶系统的复特征根对其鲁棒H_∞控制性能的影响

针对具有复特征根的二阶线性系统的鲁棒H∞控制性能进行了研究,特别是探讨了虚部特征根对H∞性能的作用,揭示了当特征根的实部固定不变的情况下,特征根的虚部增加到一定程度就会对H∞性能不起作用,进而针对给定的系统矩阵,在H∞性能的框架下分析了特征根实部和虚部之间的比例关系.同时,比照经典二阶系统的部分成果,探讨了经典二阶系统的阻尼比系数选取范围与H∞性能框架下复特征根参数之间的对照关系,进而从时域的角度给出了阻尼比参数选取的一种合理解释,并形成时频交互综合分析,为极点配置控制理论中的期望极点的选取提供一种理论参考.

广义系统状态反馈H_∞控制的一个条件

采用状态空间方法 ,讨论一类广义系统的基于静态状态反馈的 H∞ 控制问题 ,得到了该问题满足可解性的一个充分必要条件 :某个基于系统参数阵的广义代数 Riccati不等式有满足一个广义约束的解。借助于广义代数 Riccati不等式的解 ,给出一个所要求的且结构简单的控制器构造。若广义系统满足正交条件 ,则所得结论可进一步简化。

具有通信约束的网络控制系统鲁棒H_∞控制

针对具有随机通信约束的网络控制系统,研究了系统建模与鲁棒H∞控制器的设计问题.考虑到执行器和控制器之间由于有限网络带宽而出现的介质访问约束,将网络控制系统建模为具有多个模态的马尔可夫跳变系统,基于李雅普诺夫稳定理论导出系统稳定的模式依赖型充分条件,并设计了相应的鲁棒H∞控制器,使得闭环网络控制系统随机稳定且具有给定的H∞性能.数值仿真验证了所提出方法的正确性和有效性.

基于轨道约束H_∞滤波的北斗辅助列车定位算法研究

针对列车定位的高安全性和稳定性要求,结合列车行驶的特殊性,提出采用铁路轨道信息对北斗定位数据进行约束的H_∞滤波算法。以模糊自适应"当前"统计模型为基础建立列车运动模型,通过将轨道近似为直线段,建立轨道约束模型。将轨道约束与H_∞滤波器结合实现轨道约束H_∞滤波算法。通过仿真对比分析H_∞滤波与卡尔曼滤波、约束与无约束估计的误差。仿真结果表明:轨道约束在提高算法定位精度方面效果明显,H_∞滤波在列车位置估计上具有鲁棒性优势。验证了轨道约束H_∞滤波算法的有效性,对北斗辅助列车定位的工程应用具有理论指导意义。

一种自适应H_∞滤波的运动学约束惯性导航方法

纯捷联惯性导航系统的精度主要受限于传感器精度,为了在固有的传感器精度上进一步提高纯捷联惯性系统导航精度,提出了一种基于自适应H∞滤波的运动学约束辅助惯性导航算法。利用运动约束条件,将载体系中的侧向和上向速度作为量测量,将纯捷联惯性导航系统输出的姿态误差、速度误差及传感器误差作为状态量,采用一种能够自动调节滤波器参数的自适应H∞滤波方法以提高系统性能。实验结果表明,所提出的自适应H∞滤波运动学约束算法与无约束纯惯导算法相比能够提高23.7%~81%的定位精度,与无自适应H∞滤波运动学约束算法相比能够提高16.3%~62.2%的定位精度。

离散广义系统基于动态输出反馈的H_∞控制

考虑离散广义系统的动态输出反馈H∞ 控制问题。利用广义代数Riccati不等式 (GARI) ,给出离散广义系统存在正常动态输出反馈H∞ 控制器、使得闭环系统是容许的 ,且其从外界干扰输入到受控输出的传递函数矩阵具有H∞ 范数约束的充分必要条件。在适当的假设下 ,得到了正常动态输出反馈H∞ 控制器存在的必要条件以及一个充分条件 ,同时给出了相应的控制器构造 。

具有方差和极点约束的不确定系统鲁棒H_∞输出反馈控制

针对一类具有范数有界不确定性的连续系统和二次矩阵不等式区域,考虑系统具有方差和区域极点约束的输出反馈控制器设计问题．为此首先导出闭环系统区域稳定的充分必要条件．然后用线性矩阵不等式方法给出输出反馈控制器存在的一个充分条件．在此充分条件下闭环系统是鲁棒区域稳定的且具有H∞性能以及当干扰为白噪声信号时其稳态状态方差有限．接下来用矩阵分解方法给出输出反馈控制器增益矩阵的求解过程．最后通过一个仿真实例说明本文所提出的控制器设计方法的有效性．

道路条件下车辆跟踪的鲁棒H_∞滤波算法

为提高对车辆目标的跟踪效果,本文提出了一种带道路约束条件的鲁棒H∞滤波算法.注意到车辆在行驶过程中会受到道路的约束,从而利用以道路抽象出的直线方程作为滤波的约束条件,建立带道路约束的动态系统模型,并推导出约束条件下的鲁棒H∞滤波方程.实验仿真结果表明,本文所提出的带约束条件的H∞滤波算法比不带约束的H∞滤波算法以及同等条件下的卡尔曼滤波算法具有更好的滤波性能和更高的跟踪精确度.

基于时滞依赖H_∞滤波器的时滞系统故障诊断

针对一类具有不确定输入的状态时滞系统,基于时滞依赖H∞滤波器探讨了系统的鲁棒故障诊断(RFD)问题.首先,引入一个参考模型,形成广义残差系统,以此广义残差信号对扰动信号及其故障信号L2的增益来体现其对扰动的鲁棒性和对故障的灵敏性;其次,利用对偶原理,针对对偶系统,借助线性矩阵不等式(LM I)技术,研究基于状态观测器的时滞依赖RFD系统设计问题,并推导出具有时滞依赖解存在的条件及观测器增益矩阵的求解方法;最后,通过仿真实例验证了该方法的可行性和有效性.

离散H_∞滤波系统最优范数计算的特征值算法

基于Riccati方程解的存在条件 ,建立了离散系统H∞ 滤波问题的最优范数γopt与相关的Hamiltonian差分方程一阶特征值 ,以及矩阵广义特征值问题一阶特征值之间的对应关系 .根据这一关系可以用求解特征值问题的算法计算最优H∞ 范数 .由于仅需计算一阶特征值 。

量测缺失下多速率传感器系统的H_∞滤波器设计

提出了一类具有量测缺失和堆栈存贮特性的网络化多速率系统的H∞滤波问题.采用提升技术将多速率系统转化为单速率系统,并提出了一种解决由提升所带来的因果约束的方法,然后通过构造李亚普诺夫稳定函数设计H∞滤波器.在构造滤波器过程中,发现采样速率越慢,滤波设计的保守性越强.算例表明了方法的有效性,并且分析了不同采样周期以及不同的量测到达率对滤波器性能的影响.