带有输入延时的伺服系统鲁棒控制设计

摘要

本文以转台伺服系统为背景,分析系统中输入延时的特性,并在考虑模型摄动对系统产生影响的基础上,运用鲁棒控制理论研究了转台伺服系统的控制器综合问题。首先,针对转台伺服系统,分析并确定了系统的总体结构。推导了矢量控制型永磁同步电机的数学模型,详细分析了系统模型中可能存在的不确定性及产生原因,并采用最小二乘法的原理对被控对象的模型参数进行辨识,得到系统标称被控对象的参数化模型。对被控对象模型中的不确定性进行了,针对设计中主要考虑的输入延时和高频未建模动态,建立了非结构化乘性不确定性模型。其次,针对不确定性系统的鲁棒控制问题,基于H∞控制理论中性能指标与鲁棒稳定的关系,给出了H∞标准问题的描述。为了减小含有多摄动系统在标准H∞设计时的保守性,引入结构奇异值的理论,并给出了设计中加权函数的选取和调整原则。在此基础上,运用μ分析与综合的控制理论推导了系统具有鲁棒稳定性和鲁棒性能的充要条件,并将其描述为矩阵结构奇异值的不等式的形式,给出了μ分析与综合的基本框架结构和μ综合控制器的计算方法和步骤。最后,以转台伺服系统为背景,描述系统设计的基本问题和指标要求,建立转台系统设计的μ分析框架结构。根据加权函数的选取原则,选取适当的加权函数。运用Matlab中μ分析与综合工具箱设计出鲁棒控制器,理论分析和实验结果表明系统具有良好的鲁棒性能。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 延时系统控制方法研究现状

1.2.2 鲁棒H_∞控制方法发展及研究现状

1.3 延时系统H_∞控制问题的研究现状

1.4 课题主要研究内容

第2章 被控对象数学模型的建立

2.1 引言

2.2 伺服系统的组成

2.3 被控对象数学模型建立

2.3.1 矢量控制型永磁同步电机系统机理模型

2.3.2 电机系统模型参数估计

2.4 被控对象模型不确定性分析

2.4.1 输入延时不确定性模型建立

2.4.2 高频未建模动态不确定性模型建立

2.5 本章小结

第3章 μ综合鲁棒控制器设计研究

3.1 引言

3.2 μ综合控制问题

3.2.1 标准H_∞问题

3.2.2 鲁棒稳定性分析

3.2.3 鲁棒性能分析

3.3 μ综合框架分析与形成

3.3.1 不同摄动结构下μ值的对比分析

3.3.2 μ综合框架转化

3.4 加权函数选取原则

3.4.1 模型摄动加权函数的选取原则

3.4.2 性能权函数的选取原则与分析

3.5 μ综合控制器的计算

3.5.1 μ综合控制器的求解

3.5.2 控制器计算步骤

3.6 本章小结

第4章 转台伺服系统μ综合控制器设计与分析

4.1 引言

4.2 转台控制问题描述

4.3 μ综合控制器设计

4.3.1 加权权函数参数的确定

4.3.2 μ综合鲁棒控制器计算

4.4 设计结果验证

4.5 鲁棒性能分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢