时滞不确定采样系统的鲁棒稳定与镇定控制研究

摘要

计算机技术的发展使数字控制成为了主流的控制方式。力觉系统中的力觉设备普遍采用数字控制。力觉系统利用接口装置实现操作者输入信号与虚拟环境的力反馈信息之间的交互。操作者可以通过反馈力感受虚拟环境的属性与约束等等。本文以单自由度力觉系统为研究对象，基于鲁棒控制技术，研究了具有不确定性因素和时滞现象的采样系统的稳定性，给出了反馈控制器的设计方法，实现了观测器下的状态估计。本文的研究内容对采样系统的稳定性分析有参考意义，对于力觉设备的设计有借鉴的价值。 本文首先从单自由度力觉系统的组成出发，选取了无源稳定的研究方案，依据系统各部分功能，给出了该系统的数学模型，对系统的稳定性进行了分析，并将该系统模型进行离散化处理，开展对具有时滞及不确定因素的采样系统的研究。 根据时滞的时间特性，从定常时滞的采样系统出发，研究具有不确定形式采样系统的稳定性及控制器设计方法。采样系统具有很好的跟踪特性，借助于预见手段，通过构建新的 Lyapunov泛函，得出采样系统鲁棒稳定性的准则；对于外界干扰的输入影响，可以在一定的抑制度水平下进行鲁棒控制。 为满足时滞随时间变化的需要，提高采样系统的环境适应力，研究了不确定变时滞采样系统的稳定性分析与控制器设计方法。变时滞采样系统的稳定性分析需要考虑时滞上界与下界、时滞区间长度等等。通过构建新的 Lyapunov泛函，引入自由权矩阵，得出采样系统鲁棒稳定性的充分条件，给出控制器设计方法。 考虑到采样系统的某些状态变量不易观测性，研究了采样系统的观测器设计方法。根据采样系统的模型，构建全阶状态观测器，利用时滞分解法，获得具有估计误差的增广系统。通过构造新的Lyapunov-Krasovskii函数，对增广系统进行鲁棒稳定性分析，获得稳定性新判据，实现了采样系统的状态估计的观测。 综合上述内容，本文从单自由度力觉系统作为切入点，在具有时滞和不确定因素影响下，研究了采样系统的鲁棒稳定性、反馈控制器设计和观测器设计问题，最后利用算例进行仿真与分析验证。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题的来源、意义和目的

1.2 采样系统及不确定系统控制的概述

1.3 采样系统的国内外研究现状

1.4 鲁棒控制理论发展概论

1.5 预备知识

1.6 本文主要研究内容及章节安排

第2章 采样系统的建模

2.1 力觉系统的简介

2.2 力觉系统的建模

2.3 力觉系统的阻抗分析

2.4 力觉系统的稳定性分析

2.5 采样系统模型的建立

2.6 本章小结

第3章 不确定采样系统常时滞鲁棒稳定性

3.1 H∞控制理论简介[85]

3.2 线性矩阵不等式介绍

3.3 问题描述与相关定义

3.4 误差系统的构造

3.5 扩大误差系统的构造

3.6 稳定性分析

3.7 鲁棒控制器设计

3.8 算例与仿真

3.9 本章小结

第4章 不确定采样系统变时滞鲁棒稳定性

4.1 问题描述与相关引理

4.2 稳定性分析

4.3 鲁棒控制器设计

4.4 算例与仿真

4.5 本章小结

第5章 不确定采样系统变时滞状态观测器设计

5.1 问题描述与相关引理

5.2 全阶观测器建立

5.3 鲁棒稳定性分析

5.4 系统仿真与分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢