基于系統(tǒng)逆的魯棒二自由度控制方法研究.pdf

1、二自由度控制方法廣泛應(yīng)用于納米定位驅(qū)動器、硬盤及光盤驅(qū)動伺服系統(tǒng)等位置跟蹤控制系統(tǒng)。納米技術(shù)以及硬盤、光盤技術(shù)的快速發(fā)展對于位置跟蹤控制系統(tǒng)的定位精度、速度等性能提出了越來越高的要求。因此，高性能的二自由度控制技術(shù)的研究受到了越來越多的關(guān)注。
　　系統(tǒng)逆控制技術(shù)根據(jù)期望輸出信號的信息以及非因果的系統(tǒng)動態(tài)模型逆，通過計算有界的逆輸入，以實現(xiàn)期望軌跡的精確跟蹤，能夠有效地解決系統(tǒng)的跟蹤控制問題。然而，由于系統(tǒng)模型不確定性和外部干擾的影

2、響，系統(tǒng)逆控制對不確定性系統(tǒng)跟蹤性能的提高是有限的。針對不確定性系統(tǒng)的跟蹤控制和性能優(yōu)化問題，研究將系統(tǒng)逆控制與二自由度控制方法相結(jié)合的控制方法對于實現(xiàn)高性能的位置跟蹤控制顯得尤為重要。
　　本文在綜合考慮系統(tǒng)跟蹤控制帶寬和精度、魯棒性、干擾抑制等性能要求的基礎(chǔ)上，針對參數(shù)不確定性系統(tǒng)、存在外部干擾的不確定性系統(tǒng)和存在加性不確定性的MIMO系統(tǒng)，以二自由度控制和系統(tǒng)逆控制方法為出發(fā)點，研究了基于系統(tǒng)逆的魯棒二自由度控制方法。本文的

3、主要研究成果和創(chuàng)新點如下：
　　1．針對參數(shù)不確定性系統(tǒng)的H∞跟蹤性能優(yōu)化問題，提出了一種基于H∞最優(yōu)逆前饋和魯棒反饋控制的二自由度控制方法。將前饋跟蹤誤差的H∞優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)調(diào)整函數(shù)的求解問題，并給出了基于線性矩陣不等式（LMI）的前饋控制器優(yōu)化設(shè)計方法。以整個二自由度控制系統(tǒng)的H∞混合靈敏度優(yōu)化目標作為魯棒反饋控制器的設(shè)計目標，將設(shè)計目標轉(zhuǎn)化為基于LMI的優(yōu)化問題，并給出了相應(yīng)的反饋控制器設(shè)計流程。原子力顯微鏡的水平平面掃

4、描控制仿真實驗結(jié)果表明，相對于H∞混合靈敏度反饋控制方法和基于準確模型的系統(tǒng)逆二自由度控制方法，該方法具有更好的H∞跟蹤控制性能。
　　2.針對參數(shù)不確定性系統(tǒng)的混合 H2/H∞跟蹤性能優(yōu)化問題，提出了一種混合H2/H∞魯棒二自由度控制方法。以在不確定參數(shù)的變化范圍內(nèi)前饋跟蹤控制誤差的加權(quán)H2范數(shù)最小化作為前饋控制器設(shè)計目標，研究了一種基于改進H2 LMI表達式的H2最優(yōu)系統(tǒng)逆前饋控制器設(shè)計方法。以跟蹤誤差加權(quán)H2范數(shù)最小化和滿足

5、H∞跟蹤性能的要求作為反饋控制器的設(shè)計目標，研究了一種基于改進的H2和H∞LMI表達式的魯棒反饋控制器設(shè)計方法。光盤軌跡跟蹤控制仿真實驗結(jié)果表明，該方法在保證H∞跟蹤性能的基礎(chǔ)上，相對于基于準確模型的系統(tǒng)逆二自由度控制方法具備更好的H2跟蹤性能。
　　3．針對存在外部干擾的不確定性系統(tǒng)的干擾抑制和位置跟蹤控制問題，提出了一種基于內(nèi)模的魯棒系統(tǒng)逆前饋反饋二自由度控制方法。將基于內(nèi)模的干擾補償與基于系統(tǒng)逆的二自由度控制相結(jié)合，利用基于

6、內(nèi)模的干擾補償器抑制外部干擾，利用基于系統(tǒng)逆的二自由度控制方法提高系統(tǒng)的軌跡跟蹤性能。原子力顯微鏡豎直方向定位仿真實驗結(jié)果表明，相對于普通的內(nèi)?？刂坪拖到y(tǒng)逆二自由度控制方法，該方法具有更好的抗干擾能力和控制性能。
　　4．針對存在加性不確定性的多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)的跟蹤控制問題，提出了一種基于系統(tǒng)逆的MIMO魯棒二自由度控制方法。該方法采用基于魯棒對角優(yōu)勢的解耦補償器，引入基于傳遞函數(shù)矩陣對角傳遞函數(shù)的加性不確定性和非對角