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基于回路成形的控制器设计

作 者: 詹志莉
导 师: 王先来
学 校: 天津大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: H_∞鲁棒控制 结构化奇异值μ 回路成形法 H_∞回路成形控制器 μ回路成形控制器 加权函数的选择 不确定性 互质分解
分类号: TM571
类 型: 硕士论文
年 份: 2005年
下 载: 224次
引 用: 1次
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内容摘要


本论文的主要内容之一是提出选择加权函数的新方法来设计H∞回路成形鲁棒控制器,之二是对回路成形方法与结构化奇异值μ结合设计的μ回路成形控制器和H∞回路成形控制器二者的加权函数之间的关系给出分析。在本文中,首先针对非结构不确定性扰动,介绍了SISO回路成形的设计概念,它利用小增益理论来达到系统鲁棒稳定,并推导出开回路函数L(GK)与系统的鲁棒性能和鲁棒稳定之间的关系,从这些概念又延伸到H∞回路成形法。对于H∞回路成形法,我们介绍了互质因子框架下的鲁棒稳定问题及原理。回路成形的控制原理主要是在系统稳定和性能之间做出取舍,而通过加权函数的选择能使系统符合我们所要的性能需求,所以在H∞回路成形法的框架下,我们针对MIMO系统提出一种选择加权函数的新方法来设计H∞回路成形控制器,并把利用新方法的设计结果与文献的结果作比较。然后,针对结构化不确定性扰动,我们介绍了结构化奇异值μ的原理和方法,以及将它与回路成形法相结合,设计出μ回路成形控制器,来处理H∞回路成形法所不能解决的结构化扰动问题,在此基础上对两种回路成形法的加权函数之间的关系作出了分析。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-10
  1.1 前言  7
  1.2 文献回顾  7-8
  1.3 研究动机  8-9
  1.4 文章框架  9-10
第二章 SISO 回路成形(图形化回路成形)  10-23
  2.1 频域误差模型的种类  10-11
  2.2 回路系统的稳定性  11-14
    2.2.1 适定性  12-13
    2.2.2 内稳定性  13-14
  2.3 为什么要使用回路成形(Loop Shaping)  14
  2.4 开回路函数(L)与系统性能目标之间的关系  14-16
  2.5 选择加权函数与系统性能指标之间的关系  16-18
  2.6 SISO 系统鲁棒性的讨论  18-20
    2.6.1 SISO 控制系统的设计要求  18-19
    2.6.2 性能边界推导  19-20
  2.7 鲁棒性能的充分条件和必要条件  20-21
    2.7.1 鲁棒性能的充分条件  20-21
    2.7.2 鲁棒性能的必要条件  21
  2.8 图形化回路成形的设计过程  21-23
第三章 H_∞回路成形法  23-42
  3.1 H_∞鲁棒控制的基本概念  23-24
    3.1.1 无穷范数  23
    3.1.2 H_∞范数及空间  23-24
  3.2 H_∞回路成形法的基本理论与问题框架  24-30
    3.2.1 互质分解法  24-25
    3.2.2 正交化左互质因子扰动系统的鲁棒稳定问题  25-26
    3.2.3 使用H_∞最优化理论去解决互质因子鲁棒稳定问题  26-27
    3.2.4 Nehari Extension 问题  27-30
  3.3 一般设计闭回路传递函数的目标  30-31
  3.4 H_∞回路成形控制器设计过程  31-32
  3.5 H_∞回路成形法的理由与现象  32-34
  3.6 H_∞回路成形与传统回路成形的差别  34
  3.7 实例说明  34-42
第四章 新的加权函数的选择方法  42-56
  4.1 原始想法  42-45
  4.2 性能基准线  45-47
  4.3 选择新加权函数W_(new)的设计步骤  47
  4.4 结果的讨论  47-49
  4.5 实例设计与仿真比较  49-56
    4.5.1 模型描述  49-50
    4.5.2 设计目标  50
    4.5.3 设计过程  50-53
    4.5.4 设计结果与比较  53-56
第五章 μ回路成形设计过程(μLSDP )  56-62
  5.1 介绍μ的定义及相关的定理  56-57
  5.2 μ回路成形设计过程  57-59
  5.3 回路成形加权函数和μ分析中度量矩阵的关系分析  59-62
第六章 总结与未来展望  62-64
  6.1 总结  62-63
  6.2 未来的展望  63-64
参考文献  64-68
发表论文和科研情况说明  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 控制器、接触器、起动器、电磁铁 > 控制器
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