含有控制器不确定性的转台控制系统设计

论文摘要

本文以转台伺服系统为背景,分析系统中由于采样周期波动引起的控制器不确定性。并在综合考虑控制器和对象同时含有摄动的基础上,运用鲁棒控制理论研究了转台伺服系统的控制的综合问题。首先,针对转台伺服系统,分析并确定了系统的总体结构。推导了转台伺服系统的数学模型,并采用最小二乘法的原理对被控对象的模型参数进行辨识,得到系统标称被控对象的参数化模型。详细分析了系统中可能存在的不确定性及产生原因,针对设计中主要考虑的控制器参数摄动和高频未建模动态,建立了非结构化乘性不确定性模型,研究了将被控对象不确定性转化为被控对象不确定性的方法。并确定了跟踪性能权函数的选取原则。其次,针对不确定性系统的鲁棒控制问题,基于H_∞控制理论中性能指标与鲁棒稳定性的关系,给出了H_∞标准问题的描述。为了减小含有多摄动系统在标准H_∞设计时的保守性,引入结构奇异值的理论。在此基础上,运用μ分析与综合的控制理论推导了系统具有鲁棒稳定性和鲁棒性能的充要条件,并将其描述为矩阵结构奇异值的不等式的形式,给出了μ分析与综合的基本框架结构和μ综合控制器的计算方法和步骤。最后,以转台伺服系统为背景,描述系统设计的基本问题和指标要求,建立转台系统设计的μ分析框架结构。根据加权函数的选取原则,选取适当的加权函数。运用Matlab中μ分析与综合工具箱设计出鲁棒控制器,最终通过实验验证了系统的具有很好的鲁棒性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 控制器不确定性的研究现状
• 1.3 鲁棒控制方法发展及研究现状
• 1.4 论文主要内容及章节安排
• 第2章 转台系统数学模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 转台伺服系统的组成
• 2.3 被控对象数学模型的建立
• 2.3.1 被控对象机理模型的建立
• 2.3.2 被控对象模型参数的确定
• 2.4 对象不确定性的分析及建模
• 2.5 控制器不确定性的分析及转化
• 2.5.1 控制器不确定性的分析及建模
• 2.5.2 实际设计控制器的不确定性
• 2.5.3 控制器不确定性转化为被控对象的不确定性
• 2.6 性能权函数的选取原则
• 2.6.1 性能权函数的选取原则
• 2.6.2 实际转台系统性能权函数的选取
• 第3章 μ综合鲁棒控制器设计研究
• 3.1 引言
• 3.2 μ综合控制问题
• 3.2.1 标准鲁棒控制问题
• 3.2.2 鲁棒稳定性分析
• 3.2.3 鲁棒性能分析
• 3.3 μ综合框架的转换
• 3.4 μ综合控制器的计算
• 3.4.1 μ综合控制器的求解
• 3.4.2 控制器计算步骤
• 3.5 本章小结
• 第4章 转台伺服系统μ综合控制器设计
• 4.1 引言
• 4.2 转台主要性能指标
• 4.3 转台系统μ综合控制器起设计
• 4.3.1 加权权函数参数的确定
• 4.3.2 μ综合鲁棒控制器计算
• 4.4 设计结果
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢