奇异摄动切换系统抗饱和控制及在液压伺服系统中的应用

摘要

许多实际控制系统具有多时间尺度特性和切换特性，例如电力电子系统、液压伺服系统、生物网络等，这些系统可以被描述为奇异摄动切换系统(SPSSs)。由于执行器饱和是典型的非线性，传统的奇异摄动理论局限于光滑系统，现有的关于奇异摄动切换系统抗饱和控制的研究仍然有很多问题亟待解决。因此，本文研究奇异摄动切换系统抗饱和控制器设计和分析问题，主要研究内容如下： 1．提出非线性奇异摄动切换系统的抗饱和控制方法。首先，设计抗饱和控制器，抗饱和控制器由动态状态反馈(DSF)控制器和抗饱和补偿器组成。其次，通过构造共同Lyapunov函数提出两种确定抗饱和增益的方法。(1)假设奇异摄动参数ε已知的情况下，同时设计依赖于ε的DSF控制器增益和抗饱和补偿器增益。(2)假设奇异摄动参数ε未知但足够小的情况下，先设计不依赖于ε的DSF控制器增益，然后再设计不依赖于ε的抗饱和补偿器增益。这两种方法都可以通过求解凸优化问题，来获得最大化的稳定界和吸引域。最后，通过仿真验证所提方法的可行性和有效性。 2．提出受扰奇异摄动切换系统的抗饱和控制方法。首先，针对系统受到外部干扰的情况，设计依赖于奇异摄动参数ε的干扰观测器对干扰进行估计。其次，设计将干扰的估计值考虑在内的抗饱和控制器，然后利用H∞理论和Lyapunov稳定性理论，通过求解线性矩阵不等式(LMI)得到控制器增益。最后，进行数值例子仿真，证明所设计的控制器可以使系统稳定，并具有干扰抑制能力。 3．基于上述所提方法提出轧机液压伺服系统抗饱和控制方法。首先，建立基于奇异摄动理论的液压伺服系统的数学模型。其次，基于液压伺服系统设计干扰观测器和抗饱和控制器。最后，通过仿真来分析系统的稳定性和动态性能。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 切换系统概述与稳定性分析

1.2.2 具有执行器饱和的奇异摄动切换系统稳定性分析与控制

1.3 论文研究内容与章节安排

2 具有执行器饱和的非线性奇异摄动切换系统的抗饱和控制

2.1 问题描述和预备知识

2.2 依赖奇异摄动参数ε的抗饱和控制器设计

2.3 不依赖奇异摄动参数ε的抗饱和控制器设计

2.4 仿真研究

2.4.1 数值例子1

2.4.2 数值例子2

2.4.3 HiMAT飞行器系统仿真

2.5 本章小结

3 具有执行器饱和的受扰奇异摄动切换系统的抗饱和控制

3.1 问题描述和预备知识

3.2 干扰观测器的设计

3.3 基于干扰观测器的抗饱和控制器设计

3.4 仿真研究

3.5 本章小结

4 基于奇异摄动理论的液压伺服系统抗饱和控制

4.1 液压伺服系统的奇异摄动切换系统数学模型

4.2 液压伺服系统的抗饱和控制器设计与仿真

4.3 本章小结

5 结论

5.1 总结

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

作者简历

学位论文原创性声明

学位论文数据集