结构与控制系统的一体化设计--柔性臂和控制系统的融合设计

将结构柔性动力学理论和现代控制理论相结合,以单输入输出的柔性臂控制为例,在机械系统的转动惯量最小化、一阶固有频率最大化和系统暂态响应控制能量最小的多目标评价下,通过柔性臂的结构尺寸、驱动力的作用位置和系统状态反馈的增益等设计变量的融合设计,实现柔性臂机电系统暂态响应等综合性能的提高．提出了对于多刚体多柔体耦合的复杂机电系统设计,应用模态法降低控制器维数,通过融合设计实现机电耦合设计的方法．从复杂的结构、控制系耦合特征出发,提出了结构与控制系统一体化工程设计的实现方法．以传统的结构和控制反复设计为比较对象,证明了此方法对于解决机械结构参数和控制参数之间的强耦合、提高系统综合性能的有效性．     

并联有源滤波器的迭代学习控制方法及其设计

在系统存在非线性负载下,谐波电流呈现激烈波动并存在许多不连续点,对有源滤波器设计高性能的电流跟踪控制器是非常重要的。基于传统设计的控制器,在不连续点处性能有限,同时要求控制器增益高,但高增益控制器易引起系统的高频振荡甚至不稳定。由于在非线性负载下所需补偿的谐波电流为周期性,利用迭代学习控制的学习特性,设计三相并联有源滤波器,可以有效的避免控制器的高增益现象,同时提高电流追踪性能,大大减小了谐波总畸变率,功率因素也得以提高。实验制作的以DSP为控制CPU实现迭代学习控制器的系统中,运行结果表明本文方法效果良好。     

基于FPAA的模糊控制参数整定PID控制器的设计

针对PID控制器的增益系数难以实现最优整定的问题,本文通过分析模糊控制器的解析结构得到模糊控制器与PID控制器参数之间的解析关系,采用常规模糊控制器的正规化因子间接整定PID控制器的增益系数,避免了建立系统的精确数学模型.采用这种新型参数整定方法在FPAA开发软件AnadigmDesigner2中完成PID控制器的设计并验证其性能.仿真和实验结果表明:基于FPAA设计出的模糊PID控制器适应强、跟踪迅速、控制性能良好并且表现出很强的鲁棒性.     

大型柔性航天器的高精度结构化综合控制

携带柔性结构的大型航天器具有多个弱阻尼谐振模态、这些弱阻尼模态和高空环境固有的低频扰动对航天器的稳定性和性能造成了干扰,同时复杂空间任务对航天器提出了高指向精度要求。针对1大型柔性航天器的振荡抑制和高精度控制问题,提出了多控制模块协同的结构化综合控制策略,根据系统特定的谐振模态,在控制器结构中加入内模控制器、陷波滤波器、串联PID控制器,以低阶的结构化控制器来满足系统的多重性能的要求,减小传统鲁棒综合控制因控制器阶次高带来的工程造价和实施难度。构建多重性能加权解耦输出的结构化综合性能矩阵,根据控制目标通过加权函数限制输出性能,给出满足综合性能要求的结构化控制器。仿真结果表明,相较传统的鲁棒综合控制,所设计的结构化控制器即具有较低的复杂度,并同时满足姿态稳定性和高指向精度要求,能够有效地抑制柔性附件在局部频率的振动问题。为大型柔性系统的结构化综合控制提供一定的理论方法和参考设计实例。     

非线性无穷分布时滞系统的非脆弱控制

针对一类带有非线性无穷分布时滞的系统,提出了一种非脆弱H∞控制器的设计方法.考虑了两种类型的控制器增益扰动:独立于控制器增益K和依赖于控制器增益K,并分别设计了非脆弱H∞控制器.设计的非脆弱H∞控制器不仅可以保证时滞系统是渐近稳定的,同时可以满足所给定的性能指标.建立的非脆弱H∞控制器的存在条件是时滞依赖的并且可以通过线性矩阵不等式方法获得.最后通过一个实例验证了该方法的有效性     

基于伯德理想传递函数的分数阶PID控制器

针对分数阶系统,提出了一种基于伯德理想传递函数的分数阶比例-积分-微分(PID)控制器设计方法.首先分析了伯德理想传递函数的增益和分数阶微积分阶次分别与系统动态性能和鲁棒性之间的关系,然后将伯德理想传递函数作为参考系统,选择分数阶被控对象的阶次作为控制器中微积分阶次,并根据系统动态响应性能和鲁棒性调节增益K,简化了控制器参数的整定.仿真结果表明:所提方法不但设计简单,整定方便,而且具有较好的动态性能、干扰抑制特性,以及克服系统参数变化的鲁棒性.     

基于DFL的地面运动基座轨迹跟踪控制

为解决地面运动基座的轨迹跟踪控制问题, 基于其动力学模型, 利用动态反馈线性化技术实现了系统的完全状态反馈线性化。根据线性系统理论设计轨迹跟踪控制器, 并采取时变控制器增益的方法在满足控制力矩饱和约束的同时取得了良好的跟踪效果。Matlab 仿真结果显示, 采用该方法设计的轨迹跟踪控制器可使系统跟踪期望轨迹, 采取时变控制器增益的方法可使系统在跟踪过程中既满足了控制力矩饱和约束, 取得了良好的跟踪性能。与其他设计方法相比, 该方法能很好地将控制力矩饱和的情况考虑在内, 控制器设计简单且具有良好的稳定性。     

电磁轴承磨床电主轴的保成本控制器设计

该文采用保成本控制方法设计电磁轴承磨床电主轴系统控制器。考虑系统非线性,设计了数字变增益环节以调节系统大范围运动与高刚度的矛盾。通过仿真分析和实验测试表明保成本控制方法保证了电磁轴承磨床电主轴系统鲁棒稳定性和鲁棒性能,同时也表明设计的数字变增益环节有效地解决了系统中存在的大范围运动与高刚度的矛盾。     

不确定时滞广义系统的鲁棒弹性控制

研究了一类控制器增益具有摄动的不确定时滞广义系统的鲁棒H∞控制问题.首先给出了闭环系统正则、无脉冲、稳定且具有H∞性能γ的一个充分条件,然后在此基础上根据LMI理论分别对控制器增益具有加法式、乘法式两种摄动情况加以讨论,得到弹性控制器存在的充分条件和设计方法,该控制器能使闭环系统广义二次稳定同时具有给定的H∞性能指标.最后用数值例子进一步说明方法的有效性.     

基于敏感传递函数的分数阶PI~λ控制器的参数整定

讨论一种基于敏感传递函数的分数阶PIλ控制器的参数整定方法.根据敏感传递函数的定义,采用代数方法,对固定的PIλ控制器的积分阶次,在比例增益和积分增益参数平面上,按敏感传递函数的界进行PIλ控制器的参数整定.该敏感传递函数的界与系统的幅值裕度和相角裕度直接相关,给出了系统相对稳定性的信息.仿真实例表明,利用该方法设计的PIλ控制器具有良好的动态性能和鲁棒性.     

带有HGO的非线性鲁棒控制器及其参数整定

为克服分散鲁棒控制器设计中输出量各阶导数可测要求的限制,设计了带有高增益观测器的非线性鲁棒控制器.该方法不依赖于对象模型,通过积分环节对系统不可测部分和扰动进行估测,并予以补偿,提高系统的性能鲁棒性和动态性能;减少了控制器的可调参数,提高了实用性.选取典型的单变量非线性系统,基于Monte-Carlo随机试验,采用时间乘误差绝对值积分(ITAE)值作为性能指标,研究控制器参数对系统性能影响,并总结出该控制器的参数整定规则.     

一类不确定脉冲切换系统的鲁棒非脆弱H∞控制

研究含范数有界不确定性的脉冲切换系统的鲁棒非脆弱H∞控制问题.笔者考虑的控制器增益摄动包括加性摄动和乘性摄动两种形式.利用线性矩阵不等式技术得到了非脆弱控制器存在的充分条件以及控制器增益的求解方法;所设计的控制器在容许的增益摄动下,保证了闭环系统的鲁棒指数稳定性和H∞性能指标.算例验证了设计方法的有效性.     

基于线性参数变化增益调度H∞控制的谐波干扰抑制

给出了一种基于线性参数变化增益调度H∞控制器的设计方法，该方法是通过对谐波于扰信号建模，并将其与被控对象结合形成以谐波干扰频率为变化参数的线性参数变化系数，采用基于单个二Lyapunov函数的方法设计了相应的线性参数变化增益调度H∞控制器，使得控制器具有可实现性及相应的性能，由于所设计的控制器参数能够随干扰频率变化进行调度并能满足要求的性能指标，因此实现了对所有已知变化频率谐波干扰的有效抑制，与传统的基于插值方法设计的增益调度控制器相比，该控制器的结构简单，易于实现，其闭环系统拴局稳定性能够得到保证，通过数值仿真并与线性二次高斯（LQG）和一般的H∞控制结果比较，验证了文中方法的有效性。     

具有控制器增益变化的不确定离散关联系统的鲁棒分散H_∞控制

研究一类不确定离散关联系统的鲁棒分散H∞控制问题,利用线性矩阵不等式(LMI)方法设计出具有控制器增益变化的分散状态反馈控制器,使得闭环系统稳定,且满足H∞性能.最后,利用一个数值例子说明了所给设计方法的有效性.     

一类不确定中立型时滞系统的弹性保性能控制

研究了一类含有离散时滞和分布时滞的不确定中立系统的弹性保性能控制.所设计的控制器对于所允许的不确定性和控制器增益的可能变化,能保证闭环系是统渐近稳定的且性能指标上界不超过某个常数.最后,数值例子说明了所设计控制器的有效性和可行性.     

抵御执行器故障扰动的二次性能指标可靠控制

针对线性不确定系统,在设计不确定系统保性能问题的基础上,提出了带有执行器故障的二次性能指标可靠控制问题。第一,设计静态输出反馈控制器给出了系统渐近稳定的充分条件,且满足二次性能指标。第二,考虑执行器连续增益故障,此时系统在原静态输出反馈控制器下无法维持原性能甚至是稳定性。第三,利用LMI给出了静态输出反馈可靠控制器且满足二次性能指标的设计方法。此控制器可使线性不确定系统在发生执行器故障后满足二次性能指标且依然保持稳定。最后,根据MATLAB仿真结果证明了该可靠控制器的科学性和严谨性。     

不确定变时滞系统的非脆弱保性能H∞控制

针对一类不确定变时滞系统,研究了其非脆弱保性能H∞控制问题.利用Lyapunov泛函和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法,分别对控制器增益具有加法式摄动和乘法式摄动2种情形进行了讨论,得到了系统存在非脆弱保性能H∞控制律设计的充分条件,并且基于此条件给出了控制器的设计方法.仿真结果表明,控制器对变时滞和不确定参数具有鲁棒性,且对扰动具有很好的抑制能力.     

具有控制器增益变化的离散时滞系统鲁棒H?可靠控制

研究了具有控制器增益变化的离散时滞系统鲁棒H∞可靠控制问题。在考虑更一般、更实际的执行器连续故障模型的基础上,分别给出了系统控制器具有乘性摄动和加性摄动时的H∞可靠控制器存在的充分条件;设计的可靠控制器不仅能够保证系统稳定,且满足H∞性能约束。最后仿真实例说明了方法的有效性。     

线性时滞系统的PID控制器稳定参数集算法

针对线性时滞系统提出了一种确定PID控制器稳定参数集算法.通过计算比例增益kp的稳定范围,遍历该范围内的每个kp值,确定微分增益kd和积分增益ki在二维平面内的稳定域,得到了完整的PID控制器稳定参数集.该方法为时滞系统的PID控制器设计和调节提供了基础.     

初始误差未知的不确定系统预设性能反演控制

对一类严格反馈非线性系统的预设性能反演控制问题进行了研究.提出了一种新的误差转化方法,将原始的不等式约束的受限系统转化为等式的非受限系统,并放宽了对初始误差已知的限制,系统的控制增益为未知常数且初始跟踪误差未知.利用自适应估计器实现了对未知控制增益的逼近,并将虚拟控制量的跟踪问题转化为误差状态量的有界性问题,完成了反演控制器的设计.仿真结果表明:所设计的控制器能够满足预设性能的要求,且保证闭环系统所有的状态量有界,进而证明了控制器设计方法的有效性.