依据性能指标的伺服系统鲁棒控制器设计

摘要

现代生产技术的提高日益要求伺服控制系统具有高速度、高精度、高效率和高可靠性的四位一体控制能力。而传统控制算法的控制效果很大程度上受到控制器参数配置的影响,对于受到扰动而处于不确定状态的伺服系统,其控制效果也并不理想。设计跟踪快速精确、适用性强、结构简单的控制器是伺服控制系统研究的重要方向。
　　首先,常用两惯量伺服系统的数学模型可以简化为四阶闭环系统。这类四阶系统的开环传递函数与闭环性能指标有近似的对应关系,这样可以依据常规伺服系统的性能指标要求得到预期的开环传递函数,进而设计出满足指标要求的控制器,而不需要复杂的参数整定过程。半实物仿真平台的仿真和实验验证了算法的有效性。
　　然而,实际应用的伺服系统往往含有许多不确定性,一般可用乘性扰动的形式表示。根据稳定鲁棒性和性能鲁棒性的双重判据,可将开环波特图划分为满足鲁棒性的可行域及不满足鲁棒性的禁区。在可行域内选择满足性能指标的预期开环频率响应曲线,就可以保证系统在标称状态下满足给定性能指标,在干扰不确定状态下满足鲁棒稳定性,这样设计出的控制系统稳定性无疑得到了提高。对处于不同负载状态的两惯量伺服系统进行实验,验证了鲁棒控制器的实用性。
　　最后,对控制器结构复杂不易实现的问题,采用一种基于Hankel矩阵共轭特征值的极点简化算法,将控制器极点用少数极点来代替,在保持一定精度条件下简化了控制器结构,降低了控制器制造的成本。用简化控制器替代前面设计的控制器进行跟踪效果对比实验,验证了简化控制器对原控制器的可替代性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 伺服系统鲁棒控制研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 伺服系统结构和性能分析

2.1 伺服系统典型控制结构

2.2系统各环节数学模型分析

2.3 伺服系统性能要求

2.4 本章小结

第三章 典型伺服系统控制器设计

3.1 伺服系统的简化数学模型

3.2 速度环性能分析

3.3 由性能指标设计控制器

3.4控制器设计仿真

3.5 本章小结

第四章 含不确定性伺服系统控制器设计

4.1 伺服系统中的不确定性

4.2 稳定鲁棒性和性能鲁棒性判定准则

4.3 改进波特图用于鲁棒性分析

4.4 控制器设计仿真

4.5 本章小结

第五章 低阶控制器的设计

5.1 低阶控制器设计原理

5.2 低阶控制器设计方法

5.3 控制器简化仿真

5.4 本章小结

第六章 实验验证

6.1 实验设备介绍

6.2 依据性能指标的控制器设计

6.3 含不确定性系统控制器设计

6.4 低阶控制器设计

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献