H控制在带钢对中电液伺服控制系统中的应用研究

摘要

本课题以宝钢冷轧薄板厂的带钢对中电液伺服控制系统改造为背景，将鲁棒控制理论应用于的电液位置伺服控制。参数摄动和外干扰引起的不确定性是液压伺服系统难以解决的棘手问题，鲁棒控制通过设计一个结构和参数均不变的控制器使得系统即使在不确定性处于最大界即系统处于最劣条件下仍然能够保证良好的快速性和稳态性能。因此，本文采用鲁棒H<,∞>控制来研究液压伺服位置控制系统具有很强的实际意义。 论文首先介绍了鲁棒H<,∞>控制理论，然后建立了带钢对中电液伺服系统的数学模型。基于鲁棒H<,∞>混合灵敏度设计方法，依据系统动态和稳态性能要求，选取了合适的性能权函数W<,1>(s)和模型不确定性界函数W<,2>(s)。应用Matlab工具箱，通过解两个Riccatti方程，得到基于输出反馈的H<,∞>最优控制器，仿真证明所设计的控制器具有很好的鲁棒跟踪和抑制干扰性能。然而设计的最优H<,∞>控制器的阶次比较高，很难在实际中得到广泛的应用。 论文基于所建立的三阶传递函数模型，应用鲁棒H<,∞>控制理论来整定PID控制器参数。同时给出了适用于任意阶次传递函数模型的基于鲁棒H<,∞>混合灵敏度约束条件的PID参数整定方法。考虑到满足闭环系统内稳定和H<,∞>混合灵敏度约束条件，将问题转化为闭环特征多项式和一个复多项式族同时稳定。应用复多项式的广义Hermite-Biehler理论，解得PID参数空间，通过优化性能指标γ，进一步缩小解的参数空间。在参数空间内选取PID参数并与基于传统ZN法设计的PID控制器参数进行仿真比较，结果证明通过上述方法整定的PID参数，在系统存在参数摄动和负载扰动情况下，系统具得更好的鲁棒稳定性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1工程应用背景及研究的目的和意义

1.2鲁棒控制及H∞理论的历史与发展

1.2.1鲁棒控制概述

1.2.2鲁棒H∞控制理论的发展历史

1.2.3 H∞控制理论的特点

1.2.4尚待解决的几个问题及一些新的研究热点

1.3本文工作简述

1.4本文工作的特色

第二章鲁棒H∞控制理论

2.1鲁棒H∞控制思想

2.2鲁棒H∞性能指标

2.3系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能

2.3.1系统不确定性

2.3.2系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能

2.4标准H∞控制问题及非标准H∞控制问题及其解法

2.4.1问题描述

2.4.2标准H∞控制问题的主要处理方法

2.4.3非标准H∞控制问题的主要处理方法

2.4.4标准H∞控制问题的代数黎卡堤方程解法

第三章带钢对中电液伺服系统的数学模型

3.1带钢对中系统简介

3.1.1原系统存在的问题

3.1.2改造后带钢对中系统的组成

3.1.3带钢对中系统的控制原理

3.2带钢对中系统的数学模型推导

3.2.1四通阀控制对称液压缸模型

3.2.2电液伺服阀环节

3.2.3位移传感器环节

3.2.4伺服放大器环节

3.2.5电液伺服位置控制系统方框图

3.3带钢对中系统各参数的确定

3.3.1四通阀控制对称液压缸模型

3.3.2伺服阀及位移传感器参数计算

3.3.3带钢对中电液伺服系统标称模型的确定

第四章带钢对中系统H∞控制器的设计及仿真

4.1鲁棒H∞混合灵敏度设计问题

4.2 H∞控制理论设计方法

4.2.1 H∞混合灵敏度设计方法

4.2.2 H∞混合灵敏度设计权函数选取方法

4.3基于H∞混合灵敏度最优鲁棒控制器的设计与仿真研究

4.3.1 H∞混合灵敏度鲁棒控制器设计

4.3.2仿真研究

第五章基于H∞控制的鲁棒PID控制器参数整定

5.1 H∞PID控制器的多项式同时稳定问题公式化

5.2复多项式的广义HB理论

5.3扩展PID稳定

5.3.1复多项式的虚实分解理论

5.3.2扩展PID稳定的主要结果

5.4基于H∞混合灵敏度设计实用PID控制器步骤

5.5基于H∞混合灵敏度的PID控制器设计

5.5.1控制器设计

5.5.2仿真研究

5.5.3结论

第六章结论

参考文献

致谢