不确定端口受控哈密顿系统控制及干扰抑制

摘要

端口受控哈密顿(PCH)模型作为物理系统建模和控制的数学框架，不仅强调物理系统的能量存储，耗散，互联结构的特性，而且是物理系统采用基于无源控制的诱因。然而端口受控哈密顿系统通常存在不确定性因素，其中包括来自系统内部的参数摄动，建模误差和外部未知扰动。这样的摄动和/或干扰使闭环系统不能按照期望的方式运行。自适应控制或积分控制，可以提高控制系统的鲁棒性。一般的控制方法都是无限时间渐近稳定的，在端口受控哈密顿系统中采用有限时间控制能够使状态在有限时间内回到并一直停留在平衡状态。论文完成工作和主要研究成果如下:
　　在端口受控哈密顿框架下，针对由未知或不确定的系统参数引起的控制误差，在零状态可检测情况下和非零状态可检测情况下，分别通过正则变换及前馈控制，变为目标零状态可检测端口受控哈密顿系统，通过采用自适应控制在线估计并补偿参数摄动。在永磁同步电机控制系统中，针对参数不确定性导致的平衡点漂移问题，采用了自适应控制进行补偿。
　　在端口受控哈密顿系统框架下，考虑存在建模误差和未知扰动的情况，针对系统匹配干扰和非匹配干扰引入积分控制，通过坐标转换和目标扩展系统，最终转化成无源输出匹配干扰的形式，以提高系统鲁棒性。最后考虑同时存在系统参数不确定性及未知恒定干扰的情况，采用积分自适应控制使系统在平衡点镇定。在永磁同步电机控制系统中，应用积分自适应控制方法不仅可以补偿参数摄动，还可以消除未知恒定扰动的影响。
　　为使系统快速收敛到平衡点，在端口受控哈密顿系统框架下研究了有限时间镇定问题。通过选取带有分数幂形式的能量函数，利用“能量成形与阻尼注入”技术，结合有限时间判据，设计连续有限时间控制器。并在永磁同步电机控制系统设计有限时间TSM和快速TSM控制器，使系统的状态能够在有限时间内回到并一直停留在平衡点。
　　最后在总结全文工作的基础上，给出了下一步的工作展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 端口受控哈密顿系统理论

1．2．1 模型起源

1．2．2 发展与应用

1．2．3 控制策略

1．3 国内外研究现状及存在问题

1．4 主要研究内容

第二章 端口受控哈密顿系统建模与控制

2．1 系统模型

2．1．1 建模方法

2．1．2 基本性质

2．2 能量成形控制

2．2．1 无源系统

2．2．2 镇定基本思想

2．2．3 IDA-PBC控制

2．3 永磁同步电机建模与控制

2．4 本章小结

第三章 结构保持端口受控哈密顿系统自适应控制

3．1 引言

3．2 端口受控哈密顿系统自适应控制

3．2．1 正则变换和镇定

3．2．2 零状态可检测系统

3．2．3 非零状态可检测系统

3．3 永磁同步电机自适应控制

3．3．1 平衡点描述

3．3．2 控制器设计

3．3．2 仿真分析

3．4 本章小节

第四章 端口受控哈密顿系统抗干扰积分控制

4．1 引言

4．2 问题描述

4．2．1 输入状态稳定

4．2．2 匹配干扰积分控制

4．3 反馈等效问题

4．3．1 问题形成

4．3．2 反馈等效描述

4．3．3 等效条件

4．3．4 非匹配干扰抑制

4．4 永磁同步电机抗干扰控制

4．4．1 匹配干扰

4．4．2 不确定性和匹配干扰

4．4．3 非匹配干扰

4．4．4 仿真验证

4．5 本章小结

第五章 端口受控哈密顿系统有限时间镇定

5．1 引言

5．2 相关引理和常用不等式

5．3 有限时间稳定哈密顿系统

5．4 哈密顿系统有限时间镇定

5．5 永磁同步电机控制

5．5．1 有限时间控制

5．5．2 快速有限时间控制

5．5．3 仿真验证

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介