具有性能指標(biāo)要求的重復(fù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、在控制系統(tǒng)實(shí)踐中，經(jīng)常需要對(duì)僅周期已知的未知周期性外激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行高精度跟蹤或抑制。重復(fù)控制方法是解決這類(lèi)控制問(wèn)題的有效方法。該方法基于內(nèi)模原理，通過(guò)在控制器中引入一個(gè)時(shí)延正反饋環(huán)節(jié)，利用時(shí)滯環(huán)節(jié)的記憶特性不斷累積誤差信息進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，從而使系統(tǒng)能夠穩(wěn)態(tài)無(wú)差地跟蹤或抑制周期己知的任意周期信號(hào)。由于重復(fù)控制方法具有控制精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，自提出以來(lái)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、硬盤(pán)磁頭定位、車(chē)削加工等各種具有周期外激勵(lì)信號(hào)的高精度控制

2、系統(tǒng)中，取得了良好的控制效果并顯示出廣泛的適用性。
　　 本文針對(duì)重復(fù)控制的研究現(xiàn)狀，圍繞具有性能指標(biāo)要求的重復(fù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，以期改進(jìn)現(xiàn)有的研究結(jié)果，并推廣該方法的應(yīng)用范圍。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果包括：
　　 1、提出一種優(yōu)化的重復(fù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。首先，對(duì)重復(fù)控制器中時(shí)滯環(huán)節(jié)的時(shí)延進(jìn)行修正，以補(bǔ)償由于低通濾波器的引入所帶來(lái)的相位滯后，進(jìn)而提高系統(tǒng)在參考/干擾信號(hào)基頻處的增益，增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)基頻信號(hào)的跟蹤/抑制能力；其

3、次，在重復(fù)控制器中加入超前校正環(huán)節(jié)，不僅拓寬了低通濾波器的帶寬，而且提高了系統(tǒng)的高頻增益，使得系統(tǒng)在高次諧波處的性能得以大幅提升。重復(fù)控制器的參數(shù)通過(guò)求解兩個(gè)優(yōu)化問(wèn)題得到。在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，該設(shè)計(jì)方法最大限度地提升了系統(tǒng)的性能。
　　 2、研究了一類(lèi)具有時(shí)變輸入時(shí)滯系統(tǒng)的重復(fù)控制器設(shè)計(jì)方法。首先，基于已有的文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)一個(gè)僅僅依賴(lài)于時(shí)滯變化速率的狀態(tài)反饋控制器，使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，而且干擾的影響降到一個(gè)理想的水平；其次，通過(guò)組

4、合反饋穩(wěn)定后的系統(tǒng)以及重復(fù)控制器的狀態(tài)向量，推導(dǎo)并以線(xiàn)性矩陣不等式(LMI)的形式給出增廣系統(tǒng)的時(shí)滯依賴(lài)穩(wěn)定條件；接下來(lái)，通過(guò)重構(gòu)穩(wěn)定條件中的LMI，將重復(fù)控制器的設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)受LMI約束的優(yōu)化問(wèn)題，從而利用已有的LMI軟件包方便地求解。
　　 3、研究了不確定離散系統(tǒng)的保性能重復(fù)控制。系統(tǒng)中的不確定性假定為范數(shù)有界且時(shí)變的。所要的解決問(wèn)題是提出一種新穎的設(shè)計(jì)方法，使得對(duì)所有容許的不確定性，閉環(huán)重復(fù)控制系統(tǒng)不僅二次穩(wěn)定，而

5、且能保證一定的性能指標(biāo)。針對(duì)狀態(tài)向量或系統(tǒng)輸出是否可測(cè)的不同情形，探討了三種控制技術(shù)：狀態(tài)反饋控制、基于觀(guān)測(cè)器的控制以及輸出反饋控制。以L(fǎng)MI的形式推導(dǎo)出保性能控制律存在的充分條件，控制器參數(shù)由這些LMI的可行解所刻畫(huà)。最優(yōu)保性能控制律通過(guò)求解一個(gè)受LMI約束的優(yōu)化問(wèn)題而得到。
　　 4、分別針對(duì)不確定離散和連續(xù)系統(tǒng)，提出一種基于二維模型的保性能重復(fù)控制設(shè)計(jì)方法。首先探討如何將重復(fù)控制方案等價(jià)地轉(zhuǎn)化為一類(lèi)二維系統(tǒng)模型的形式，從而