H_∞Loop Shaping Control for Plasma Vertical Position Instability on QUEST

QUEST has a divertor configuration with a high and a negative n-index, and the problem of plasma vertical position instability control in QUEST is still under extensive study for achieving high efficiency plasma. The instability we considered is that the toroidal plasma moves either up or down in the vacuum chamber until it meets the vessel wall and is extinguished. The actively controlled coils （HCU and HCL） outside the vacuum vessel are serially connected in feedback with a measurement of the plasma vertical position to provide stabilizing control. In this work, a robust controller is employed by using the loop synthesis method, and provides robust stability over a wide range of n-index. Moreover, the gain of the robust controller is lower than that of a typical proportional derivative （PD） controller in the operational frequency range; it indicates that the robust controller needs less power consumption than the PD controller does.

Transfigured Loop Shaping Controller and its Application to Underwater Vehicle

A kind of transfigured loop shaping controller is presented in this paper. A transfigured loop shaping system puts a controller K in a feedback loop, while putting the dc gain of the controller K on the reference signal line. It is shown through frequency domain analysis and simulation that a transfigured controller can improve the dynamic behavior of a system. The transfigured loop shaping controller method is simple and effective and corresponds to the mixed sensitivity method of robust control theory, which improves the behavior of a system by iterative tuning of weighting functions. Satisfactory control results are obtained when it is applied to the design of an underwater vehicle. Keywords Loop shaping controller - underwater vehicle - transfiguration Zhang Xianku graduated from Beijing Institute of Clothing Technology, China, in 1990. He received the M. S. degree from Dalian Maritime University (DMU), China, in 1993 and the Ph.D. degree from DMU, in 1998. He is currently a professor at the Laboratory of Simulation and Control of Navigation Systems, Dalian Maritime University. His research interests include ship motion control and robust control.Jin Yicheng graduated from Zhejiang University, China, in 1967. He is currently a professor at the Laboratory of Simulation and Control of Navigation Systems, Dalian Maritime University. His research interests include simulating system of ship steering and visual control.

Loop-Shaping Based Control for Switch Mode DC-DC Power Converters

Renewable energy sources require switching regulators as an interface to a load with high efficiency, small size, proper output regulation, and fast transient response. Moreover, due to the nonlinear behavior and switching nature of DC-DC power electronic converters, there is a need for high-performance control strategies. This work summarized the dynamic behavior for the three basic switch-mode DC-DC power converters operating in continuous conduction mode, i.e. buck, boost, and buck-boost. A controller was designed using loop-shaping based on current-mode control that consists of two feedback loops. A high-gain compensator with wide bandwidth was used in the inner current loop for fast transient response. A proportional-integral controller was used in the outer voltage loop for regulation purposes. A procedure was proposed for the parameters of the controller that ensures closed-loop stability and output voltage regulation. The design-oriented analysis was applied to the three basic switch-mode DC-DC power converters. Experimental results were obtained for a switching regulator with a boost converter of 150 W, which exhibits non-minimum phase behavior. The performance of the controller was tested for voltage regulation by applying large load changes.

Robust control of isopropyl benzene production process using H_(∞) loop shaping control scheme

This paper discusses robust control strategy for isopropyl benzene production process using the method of loop shaping H_(∞) technology.This cumene production process is a part of phenol plant in HOCL,Kochi.H_(∞) control of the propylene concentration is done here.The H_(∞) controller is derived from the linearised model of the reactor.The optimal H_(∞) controller is obtained by simplifying two algebraic Riccati equations.The proposed PID-like H_(∞) controller provides a single tuning parameter which makes the controller design more accurate.The proposed controller has been compared with other robust controllers like H_(2) and LQR.The H_(∞) controller is found to be superior in a wide frequency range and has a feature of low distortion and good regulating performance.The reactor model has been developed in COMSOL Multiphysics with the parameters obtained from HOCL plant,Kochi.The model extracted is reduced using model order reduction for the controller design.

典型工业过程的H_∞控制

利用环路成形Ｈ∞方法对典型工业过程进行Ｈ∞设计．设计表明，典型过程的Ｈ∞控制器可表示为常用控制结构形式（ 如ＰＩＤ＋ 滤波器） ，从而很容易在工程中实现．特别地，本文得到典型过程Ｈ∞控制器参数与过程常数的直接关系，因而实际中可直接使用它们得到Ｈ∞控制器而无需对每个典型过程进行Ｈ∞设计，从而方便过程控制器设计．仿真表明，本文所得Ｈ∞控制器对大时延对象有很好的控制效果。

一种简化的H_∞控制混合灵敏度算法

受到回路成形思想的启发 ,通过对H∞ 控制的S T混合灵敏度奇异值曲线的观察及基于S和T具有相关性的考虑给出一种简化的H∞ 控制混合灵敏度算法 .该算法避免了权函数的选择而对系统进行闭环增益成形 ,其核心是确定闭环系统传递函数即T的最终希望的形状 ,不加任何权函数 ,直接设计出K .由于T和S的相关性 ,T的形状确定 ,S 的形状也就确定了 。

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。

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。

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。

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。

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。

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.

H_∞回路成形法设计直升机飞控系统

直升机飞控系统幅频特性应低频高增益,高频低增益,尽可能提高带宽,以适应全包线机动飞行,优良动态跟踪及通道解耦等要求。用回路成形法结合经典控制理论,通过选取恰当的权阵和,而后用优化得到控制器,给出了直升机飞控系统内回路工程设计的具体策略。并指出了回路成形设计中的抗积分卷绕实施途径。对所给出的设计策略的有效性均辅以仿真验证。在成功的内回路设计基础上,可简便地单独设计外回路各通道。

机载稳定跟踪平台速率回路的内模H_∞控制

在机载四框架二轴稳定跟踪平台机理分析的基础上,对其速率回路的校正器设计问题进行了机理研究。针对传统的PI校正抗干扰性能差的缺陷,在内模控制与H∞控制结合的基础上,提出一种新的内模H∞控制器设计方法。该方法不仅保留了内模控制方法所有的特征,而且结合H∞控制方法对整个闭环系统进行设计;推广了H∞控制的实用性和应用性,可用于同时对稳定系统和不稳定系统进行控制器设计;达到预先指定的控制性能指标。经仿真验证表明:采用内模H∞控制方法不仅具有更好的抗干扰性能,同时也改善了高阶系统的动态性能。

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。

具有预定闭环极点区域的H_∞鲁棒自校正控制

本文首先指出Grimble推出的H_∞鲁棒自校正控制不能使所有闭环极点配置在预定区域的问题。然后给出一种将z平面预定区域变换为w平面单位圆域的方法。通过这种变换,提出了具有预定极点区域的H_∞鲁棒自校正控制设计方法。最后给出了仿真结果。