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非最小相位系统鲁棒控制及应用研究

作　者: 范文君
导　师: 马杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 非最小相位磁悬浮球倒立摆混合灵敏度 H_∞输出反馈
分类号: TP13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文以磁悬浮球和一级倒立摆两个典型的非最小相位系统为研究对象,对只有一个不稳定极点的非最小相位系统采用混合灵敏度设计,对同时具有不稳定零、极点的非最小相位系统采用复合控制,并分别在磁悬浮球系统和一级倒立摆系统中实现。首先,分别建立磁悬浮球系统和一级倒立摆系统的数学模型,并将非线性模型线性化,分别分析系统的能控性以及系统中包含的不确定性因素。其次,研究了灵敏度设计中的鲁棒性、加权函数选择原则、优化指标等问题,针对只有不稳定极点的磁悬浮球系统,先运用PV控制将其稳定,测试系统对象特性,得到名义对象和不确定性界后再运用混合灵敏度设计,通过转化成H_∞标准问题求解控制器。然后,针对同时具有不稳定零、极点的非最小相位系统,研究输出反馈鲁棒性设计的极限,并采用复合控制方案,以倒立摆系统为例,先用经典控制稳定摆角回路,再对位置回路进行H_∞输出反馈控制设计。最后,将设计得到的磁悬浮球控制器和倒立摆控制器分别进行仿真和实验研究,验证系统设计的动态性能和抗干扰能力。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题背景  8
  1.2 国内外研究现状综述  8-13
    1.2.1 只有右半复平面零点的非最小相位系统  9-10
    1.2.2 只有右半复平面极点的非最小相位系统  10-11
    1.2.3 同时具有右半复平面零、极点的非最小相位系统  11-12
    1.2.4 非最小相位系统的鲁棒控制  12-13
  1.3 论文主要研究内容及章节安排  13-15
第2章被控对象机理模型的建立  15-26
  2.1 引言  15
  2.2 磁悬浮球系统机理模型的建立与分析  15-19
    2.2.1 磁悬浮球系统机理模型的建立  15-18
    2.2.2 磁悬浮球系统能控性分析  18-19
  2.3 倒立摆系统机理模型的建立与分析  19-25
    2.3.1 一级倒立摆系统机理模型的建立  19-24
    2.3.2 倒立摆系统能控性分析  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章只有不稳定极点的非最小相位系统混合灵敏度控制  26-45
  3.1 引言  26
  3.2 混合灵敏度优化设计  26-34
    3.2.1 闭环系统的鲁棒性条件  26-27
    3.2.2 加权函数的选择原则  27-29
    3.2.3 与标准H_∞问题的转换及优化  29-34
  3.3 磁悬浮球系统的混合灵敏度控制  34-44
    3.3.1 内回路电流环的PI控制  34-37
    3.3.2 内回路位置环的PV控制  37-38
    3.3.3 外回路的混合灵敏度控制  38-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章同时具有不稳定零、极点的非最小相位系统H_∞控制  45-56
  4.1 引言  45
  4.2 输出反馈鲁棒性的分析与设计  45-48
    4.2.1 输出反馈鲁棒性设计的极限  45-48
    4.2.2 H_∞输出反馈复合控制方案  48
  4.3 一级倒立摆系统的H_∞控制  48-55
    4.3.1 摆角回路的经典理论控制  49-50
    4.3.2 位置回路的H_∞输出反馈控制  50-55
  4.4 本章小结  55-56
第5章控制系统的仿真与实现  56-74
  5.1 引言  56
  5.2 磁悬浮球系统的仿真与实现  56-65
    5.2.1 磁悬浮球系统的仿真  56-58
    5.2.2 磁悬浮球系统的实现  58-65
  5.3 倒立摆系统的仿真与实现  65-73
    5.3.1 倒立摆系统的仿真  65-71
    5.3.2 倒立摆系统的实现  71-73
  5.4 本章小结  73-74
结论  74-75
参考文献  75-80
攻读学位期间发表的学术论文  80-82
致谢  82

非最小相位系统鲁棒控制及应用研究

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