GIMC控制算法及其在运动控制系统中的应用与研究

摘要

在很多工业应用领域中，尤其是价格昂贵的工业设备，当出现一些系统误差或外界干扰时使该设备仍然能够保持良好的性能是至关重要的。因此，在控制上使用反馈控制的最根本的目的就是当出现外部干扰和模型不确定时，系统仍然能够获得理想的性能。众所周知，在标准的反馈控制结构中，系统的性能和鲁棒性之间存在着内在的、本质的矛盾。换句话说，我们必须在所需性能和抗干扰的鲁棒性之间进行权衡。在过去的二十多年中，H∞控制、1L控制、μ分析等鲁棒控制方法得到了广泛的发展，但遗憾的是，使用这些方法进行鲁棒控制器的设计都是以损失性能为代价的。其实不难理解，大多数的鲁棒控制设计技术都是以最坏的假设为前提而设计的，但往往在具体的控制系统中，这种最坏的情况几乎不会发生。
　　本文介绍了一种新的、高性能的、鲁棒容错反馈控制结构GIMC（Generalized Internal Model Control）。它是在Youla参数法的基础上进行重新构造得到的。其结构包括两部分：性能控制部分和鲁棒性控制部分。它的工作原理是：当没有外界干扰和模型误差时，系统仅由性能控制器控制；而当系统存在模型不确定或外界干扰时，鲁棒控制器才开始发生作用。这样就克服了传统反馈结构中性能与鲁棒性之间的矛盾。
　　本文的研究内容包括以下几部分：
　　(1)详细讨论Youla参数法，为GIMC控制结构提供必要的理论基础。
　　(2)以Youla参数控制法为基础得到GIMC控制结构。
　　(3)使用鲁棒控制理论工具，对GIMC控制结构进行理论证明和推导。并对部分结果进行仿真。
　　(4)将GIMC控制结构应用于运动控制中，仿真结果说明了其有效性和合理性。
　　最后本文在总结现有研究成果的基础上，提出了下一步即将开展的研究工作。

目录

GIMC 控制算法及其在运动控制系统中的应用与研究

RESEARCH AND APPLICATION OF

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外相关技术发展现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 Youla 参数化

2.1 引言

2.2 基本原理

2.3 Youla 参数化设计

2.4 本章小结

第3章 GIMC 控制系统的理论分析与设计

3.1 引言

3.2 GIMC 的构造及理论分析

3.3 本章小结

第4章 GIMC 控制系统的鲁棒性分析

4.1 引言

4.2 控制器设计原理

4.3 控制器鲁棒性能参数的最优设计

4.4 本章小结

第5章 控制方案探讨及仿真结果分析

5.1 引言

5.2 GIMC 控制系统仿真

5.3 GIMC 控制系统在运动控制中的应用及仿真

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢