直线二级倒立摆系统的H_∞鲁棒最优控制

针对存在模型参数不确定性和外部扰动的直线型二级倒立摆系统的稳摆控制问题,对如何实现倒立摆系统鲁棒稳定的同时,还保证其达到期望的最优控制性能和H_∞性能指标的稳定性控制问题进行了研究。基于状态反馈、最优控制和H_∞鲁棒控制方法设计了一个H∞鲁棒最优控制器,用来实现对该倒立摆系统的稳摆控制。利用设计的控制器,基于倒立摆实验平台和Matlab数值仿真平台,使用该控制器来实现系统的控制并对稳定倒立摆的过程进行了验证。研究结果表明,该控制器能较好的实现对直线型二级倒立摆的稳摆控制,并对受控系统的模型参数摄动有较好的鲁棒性,同时还能利用最优的控制作用达到期望的H_∞性能指标。     

基于H_∞控制和μ控制的二元机翼颤振主动抑制分析

针对二元机翼颤振主动抑制问题,对二元翼段颤振控制律的设计以及风洞实验验证展开了深入研究。首先,基于Theodorsen非定常气动力理论建立了该翼段模型的运动状态方程。其次,基于鲁棒控制理论设计了H_∞控制器和μ控制器,分别与二元翼段气动弹性系统共同组成了机翼颤振主动控制系统。最后,采用数值仿真和风洞实验相结合的方式,对H_∞控制器和μ控制器的颤振控制效果进行了验证。研究结果表明:H_∞控制器和μ控制器都能有效抑制颤振的发生,可将机翼颤振临界速度由15.45 m/s提高到27 m/s以上。且μ控制器在颤振主动抑制中的颤振抑制收敛时间更短,颤振抑制风速上限更高,具有更好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

MSCMG磁轴承μ综合控制方法与实验研究

针对磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承控制对象模型各通道的不一致性引起存在的参数摄动和未建模动态等问题,提出了一种基于结构奇异值μ分析的鲁棒控制器设计方法。该方法可直接将参数摄动和未建模动态引入到控制器的设计中,无需将其转化为一类更大范围的不确定性,避免了H∞方法的不必要保守性,还可对系统的鲁棒性能问题进行分析和综合。实验结果表明,与常规PID控制器相比,系统阶跃响应的位置超调量与稳定时间均有较大程度的改善,同时对系统参数的摄动也具有较强的鲁棒性,证明了μ综合法设计控制器的有效性。     

基于LMI优化的鲁棒控制器设计

以存在固有模型误差的单级倒立摆为被控对象,建立倒立摆的鲁棒数学模型。在不确定性因子存在的前提下,基于线性矩阵不等式方法计算得到H_∞状态反馈控制器参数K,而且给出H_∞状态反馈控制器的存在条件。通过实例仿真验证,与LQR控制相比,H_∞状态反馈控制具有更好的动态特性和抗干扰特性。     

带有不确定性因素的三级倒立摆H_∞鲁棒控制器设计

将三级倒立摆非线性数学模型近似线性化得到被控模型,从被控模型的参数估算和执行机构参数不确定性出发建立标称模型,通过分析不确定性对标称模型的扰动影响,该文设计了一种H_∞鲁棒控制器,仿真实例证明:该控制器具有优良的动态性能和鲁棒性能,可以提高三级倒立摆控制系统的稳定性。     

驱动大惯量低刚度负载的推力矢量控制电动伺服机构的μ综合鲁棒控制

针对电动伺服机构存在的由参数摄动和建模误差引起的不确定性问题,应用μ综合理论研究一类用于驱动大惯量、低刚度负载的飞行器电动伺服机构的鲁棒控制技术。为了解决该类电动伺服机构按照单自由度系统建模会产生较大偏差的问题,通过对推力矢量控制电动伺服机构的动力学分析,建立其2自由度数学模型。针对被控对象位置指令跟踪和力矩干扰抑制的性能要求,通过处理参数摄动和建模误差设计μ综合控制器,并提出一种加权函数的优化设计方法。利用Matlab软件对μ综合控制器在系统标称和正反向最大摄动三种情况下的控制特性进行仿真研究,并将μ综合控制器与H∞控制器进行比较。仿真结果表明对该类伺服机构而言,所设计的μ综合控制器有效地克服了H∞控制器的保守性,能使闭环系统既具有良好的性能鲁棒性,又满足了控制系统的动态性能指标要求。所提出的加权函数的优化设计方法有利于鲁棒控制技术在工程上的应用。     

抑制倒立摆测量噪声的反演控制器设计

针对存在随机测量噪声的单级倒立摆系统,提出了一种带有低通滤波的反演控制方法。该方法将倒立摆系统输出的摆角作为低通滤波器的输入信号,低通滤波器的输出作为滤除测量噪声之后系统输出的摆角。即将倒立摆系统和低通滤波器看作一个整体的被控系统,并根据该系统逐步推导出反演控制律。设计的控制器能够有效滤除测量噪声,增强了系统的鲁棒性,提高了倒立摆系统的跟踪精度,并且该控制器结构简单,便于工程实现。最后,通过仿真实验进一步验证了该控制器的有效性。     

电磁轴承μ鲁棒控制

为解决电磁轴承系统建模不确定性问题,建立径向电磁轴承的鲁棒控制模型.提出以结构奇异值作为优化指标的μ鲁棒控制器设计方法,通过引入虚拟不确定块将电磁轴承控制系统的鲁棒性能问题转化为广义系统的鲁棒稳定问题求解,兼顾系统的稳定鲁棒性和性能鲁棒性,减小设计的保守性.借助于Matlab仿真工具给出并比较电磁轴承控制系统不同情况下H∞控制和μ控制的仿真波形.研究结果表明:在允许摄动范围内基于μ综合的电磁轴承鲁棒控制对模型不确定性具有很好的动态特性、稳定鲁棒性和性能鲁棒性.     

直线一级倒立摆的新型控制方法研究

针对便携式直线一级倒立摆特有的系统(小车运动和摆杆运动),在单独分析了小车和摆杆的运动形式之后,设计了对两种独立运动形式进行控制的控制器,并对设计的控制器进行仿真分析,得到了一种对倒立摆系统进行实时控制的最佳控制器。     

列车垂向振动的混合灵敏度H_∞鲁棒控制

为有效抑制车辆振动,提出一种列车主动悬挂H_∞鲁棒控制器的设计方法。通过合理简化,建立车辆垂向振动动力学模型,同时,考虑到名义对象的不确定性和系统的性能要求,选用合适的权函数,设计出基于混合灵敏度PS/T广义模型的输出反馈式H_∞鲁棒控制器,并运用DGKF法给出控制器存在的充分条件。仿真结果表明:混合灵敏度H_∞鲁棒控制器能有效抑制车体的垂向振动,保证列车的乘坐舒适性和运行平稳性。     

不确定轮式移动机器人统一自适应神经网络H_∞控制

提出了一种基于自适应神经网络控制和H_∞控制的轮式移动机器人光滑全局跟踪和镇定统一的控制器。首先采用横截函数方法,扩展系统控制输入,建立与原系统等价的、输入输出完全解耦的无奇异全驱动系统,再对新系统设计自适应神经网络H_∞控制器。自适应神经网络控制可有效补偿系统的复杂不确定项。H_∞控制器可同时对系统扰动和神经网络逼近误差进行预定水平抑制,进一步提高控制器的适应性,优化系统的控制性能。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于LQR控制器的直线倒立摆研究及设计

针对直线倒立摆系统不稳定的问题,在前期研究的基础上,建立了直线一级倒立摆数学模型,并对自行研制的直线一级倒立摆进行参数分析,推导出了状态空间方程,给出了Pro/E模型图。接着,为确保系统能更加稳定地控制,研究设计了相应的LQR控制器,绘制了控制系统结构框图,最后进行了LQR控制参数仿真。仿真结果证明了研究设计的有效性和可行性。     

μ综合方法在高速列车垂向振动控制中的应用

针对高速轨道车辆簧上质量、弹簧刚度的摄动问题,利用线性分式变换LFT对车辆垂向振动模型进行不确定分析,将模型中摄动参数隔离出来,并根据性能要求选择权函数设计鲁棒μ控制器。以轨道高低不平顺作为外部激励进行仿真,其控制效果与基于名义模型设计的鲁棒H∞控制器进行对比。仿真结果表明:仅存在外部扰动时,鲁棒H∞控制器表现出更优的控制效果;外部扰动和内部参数摄动同时存在时,鲁棒H∞控制器控制效果明显恶化,鲁棒μ控制器表现相对稳定。鲁棒μ控制器在高速轨道车辆垂向振动抑制方面具有较优的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

倒立摆的自调整模糊控制器设计及稳定性分析

本文针对倒立摆多变量的系统特性,提出双模糊控制器设计方案,分别对倒立摆的摆角和小车位移设计模糊控制器.然后根据摆角的不同进入不同的控制阶段,调整两个控制器的输出权重,实现倒立摆的平衡控制.实验证明用Matlab实现的控制算法在对倒立摆的控制中表现出很好的控制效果.     

直线倒立摆的快速起摆与稳摆控制研究

针对直线倒立摆系统,提出了一种优化的快速摆起控制方法和基于ANFIS-PI的稳定控制算法。建立了直线倒立摆系统的数学模型,根据Lyapunov能量反馈思想对基于能量的起摆控制策略进行优化,实现了倒立摆系统的快速起摆实时控制,并从实验角度设计切换控制策略过渡到系统的平衡控制。采用小车跟踪方波信号获取样本数据,引入PI控制器,完成了基于ANFIS-PI稳摆控制器的设计。仿真和实验结果表明,优化后的起摆控制算法显著提高摆杆摆起速度,系统具有较强的鲁棒性,自适应性和动态性能。     

重载足式机器人单关节驱动系统H_∞控制器的设计

针对某节能型重载足式机器人单关节电液伺服驱动系统动态跟踪问题,对重载足式机器人节能型单关节电液伺服驱动系统特性、H_∞控制等方面进行了研究,建立了系统数学模型,提出了采用扩展H_∞混合灵敏度控制,引入了转换环节,将实际对象虚轴极点转换到传递函数或控制器中,解决了因单关节电液伺服驱动系统传递函数分母存在积分环节引起的奇异H_∞问题。通过采用扩展H_∞混合灵敏度三块加权函数法求解H_∞控制器,选择适当的加权函数,基于Matlab/Robust工具箱,设计了扩展H_∞混合灵敏度控制器,基于Matlab/Simulink平台搭建了系统仿真模型,对扩展H_∞控制的单关节电液伺服驱动系统动态跟踪特性及其系统稳定性进行了评价。仿真实验结果表明,H_∞控制系统满足鲁棒性及鲁棒性能要求,控制系统动态响应满足2 Hz正弦信号双十指标要求。     

旋转型倒立摆应用T-S模型模糊控制的研究

针对不稳定旋转倒立摆系统 ,在对其进行动力学分析的基础上 ,借助于状态反馈极点配置方法 ,提出了一种基于T -S模型的模糊控制器设计方法 ,并进行了计算机仿真。仿真结果表明 ,该方法具有响应快、稳定性好 ,是解决倒立摆及高阶不稳定系统等问题的理想方案     

H∞混合灵敏度控制在液压伺服系统中的应用

运用H∞混合灵敏度控制理论，针对液压伺服系统的特点，通过仿真，总结了一般加权阵的选取规律和方法，提出采用线性矩阵不等式设计典型电液位置伺服系统H∞控制器的计算方法，并设计了控制器，使系统在保证鲁棒稳定性的同时可以确保系统的瞬态性能指标。通过 设计举例说明了控制器的设计方法，并通过与原系统参数摄动时系统特性的比较，验证了H∞控制器不仅可以提高系统的频宽，改善系统的响应速度,而且可以改善参数变化对系统性能的影响，从而说明际H∞控制器的有效性。     

自适应神经模糊推理系统在倒立摆控制中的应用

针对单级倒立摆系统具有多变量、非线性、绝对不稳定的特点,应用Matlab/Simulink设计了用于倒立摆系统的、基于自适应神经模糊推理系统的ANFIS控制器,采用反向传播算法和最小二乘算法的混合算法对倒立摆控制样本数据进行学习,调整各变量的隶属度函数,自动产生模糊规则.仿真结果表明,ANFIS控制器对倒立摆系统的摆杆角度和小车位置的控制过程具有良好的动态性能和稳态性能.     

考虑参数不确定性的汽车主动悬架鲁棒H_∞控制研究

研究了汽车主动悬架系统存在的振动控制问题。首先,建立了1/4汽车主动悬架模型,考虑了系统中存在的参数不确定性以及汽车悬架设计的几项性能指标;其次,基于Lyapunov泛函方法设计出满足闭环系统H_∞性能指标的状态反馈控制器,并给出了控制器参数线性矩阵不等式(LMIs)解的形式;最后,将采用鲁棒H_∞控制器的主动悬架与被动悬架进行了时域仿真对比。结果表明,前者能够获得更好的控制效果。