不確定系統(tǒng)的非脆弱魯棒控制分析與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著現(xiàn)代控制理論的飛速發(fā)展，魯棒控制問(wèn)題逐漸引起人們的高度重視。為了進(jìn)一步加深對(duì)魯棒控制理論和技術(shù)的研究，并使其與實(shí)際相結(jié)合，本課題利用本實(shí)驗(yàn)室已有的試驗(yàn)教學(xué)設(shè)備--倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行研究。 倒立擺的穩(wěn)定控制是控制理論的一個(gè)研究課題，許多抽象的控制概念如系統(tǒng)穩(wěn)定性、可控性、抗干擾能力等，都可以通過(guò)倒立擺直觀地表現(xiàn)出來(lái)。 首先分析了倒立擺系統(tǒng)以及倒立擺的不確定性因素和主要干擾信號(hào)，確定主要的干擾信號(hào)為小車與導(dǎo)軌問(wèn)的靜摩擦力，討

2、論了靜摩擦力對(duì)系統(tǒng)性能的影響，不確定性因素為小車與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦系數(shù)以及放大電路的增益。 其次，應(yīng)用帶有LQR控制器的最優(yōu)控制系統(tǒng)在基于MATLAB環(huán)境下對(duì)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了控制仿真試驗(yàn)。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)的性能指標(biāo)己經(jīng)達(dá)到，控制器設(shè)計(jì)是成功的，但LQR控制器的不足是加權(quán)矩陣Q、R的值與系統(tǒng)響應(yīng)性能之間的關(guān)系是定性的，不能一次得到滿意的結(jié)果，需要多次調(diào)整它們的值才能得到滿意的系統(tǒng)響應(yīng)性能。 本文的研究重點(diǎn)在于魯棒H∞輸出反饋控

3、制。與狀態(tài)反饋相比較，倒立擺輸出反饋的魯棒性問(wèn)題十分突出，相對(duì)來(lái)說(shuō)脆弱性問(wèn)題不是很明顯。在選擇倒立擺增廣控制對(duì)象的過(guò)程中，重點(diǎn)考慮倒立擺系統(tǒng)的小車與導(dǎo)軌間的非線性干摩擦因素，同時(shí)架構(gòu)起包括干擾、參數(shù)不確定性等因素的加權(quán)函數(shù)在內(nèi)的整個(gè)增廣控制系統(tǒng)模型，利用LMI法求得倒立擺的線性動(dòng)態(tài)輸出反饋控制器，仿真表明控制器能較好地抑制一級(jí)倒立擺干擾和參數(shù)的攝動(dòng)所帶來(lái)的影響，解決了系統(tǒng)的魯棒性問(wèn)題。 然后，對(duì)倒立擺的魯棒H∞輸出反饋控制增廣系

4、統(tǒng)進(jìn)行魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能的非脆弱研究。在倒立擺系統(tǒng)中選取針對(duì)輸入干擾(小車與導(dǎo)軌間的干摩擦)反饋控制回路進(jìn)行魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能的非脆弱研究?？紤]到控制器的攝動(dòng)也與非脆弱魯棒性能的設(shè)計(jì)要求有關(guān)，嘗試采用改進(jìn)的μ綜合方法進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真。仿真表明控制器能較好地抑制線性干摩擦帶來(lái)的干擾和參數(shù)的攝動(dòng)所帶來(lái)的影響，提高了在被控對(duì)象和控制器同時(shí)攝動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的性能。驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的有效性和可行性。 最后，關(guān)于研究工作中出現(xiàn)的問(wèn)題和進(jìn)一步工作的方