輸入受限系統(tǒng)的魯棒控制器設(shè)計(jì)及干擾抑制.pdf

1、所有的實(shí)際控制系統(tǒng)都存在著物理或者出于安全方面的防護(hù)約束。這些約束代表著實(shí)際控制系統(tǒng)中最普遍存在的非線性。盡管線性控制理論早已發(fā)展成熟，然而，實(shí)際系統(tǒng)中普遍存在的約束限制了它的實(shí)際應(yīng)用。忽視輸入約束將極大地惡化系統(tǒng)性能，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，以至于引起重大事故。對(duì)控制工程師和控制理論研究者來說，輸入受限問題不但具有重要的實(shí)際意義，在理論上也極具挑戰(zhàn)，近年來引起了廣泛關(guān)注。在避免輸入飽和發(fā)生的前提下，本文主要研究了輸入受限系統(tǒng)的魯棒控制器設(shè)

2、計(jì)及干擾抑制問題，取得的主要成果可歸納為如下五個(gè)方面：
　　1)研究了輸入受限NCBC系統(tǒng)的小增益控制器的設(shè)計(jì)問題。首先，基于Sylvester方程的解，給出了輸入受限NCBC系統(tǒng)的小增益控制器的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。其次，將小增益控制器設(shè)計(jì)方法推廣到了廣義輸入受限NCBC系統(tǒng)，基于廣義Sylvester方程的解給出了廣義輸入受限NCBC系統(tǒng)的小增益控制器的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。
　　2)針對(duì)不穩(wěn)定系統(tǒng)利用正不變集研究了輸入受限系統(tǒng)的控

3、制器設(shè)計(jì)問題。首先利用特征結(jié)構(gòu)配置參數(shù)化方法得到控制器增益矩陣的參數(shù)化表達(dá)式，其次，將正不變集的存在條件轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)自由度的約束條件，其含有的滿足一定約束的參量為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了部分自由度。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可充分利用該參數(shù)化方法提供的這些設(shè)計(jì)自由度，來滿足某些系統(tǒng)性能指標(biāo)要求。此控制器設(shè)計(jì)方法作為后續(xù)研究的魯棒控制器設(shè)計(jì)及干擾抑制問題的基礎(chǔ)。此外，還給出了擴(kuò)大系統(tǒng)吸引域的方法。
　　3)研究了具有幅值有界外部擾動(dòng)輸入受限系統(tǒng)的干擾

4、抑制問題。首先，利用特征結(jié)構(gòu)配置參數(shù)化方法得到控制器增益矩陣的參數(shù)化表達(dá)式，然后，將系統(tǒng)具有外部擾動(dòng)時(shí)正不變集的存在條件轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)參數(shù)的約束條件，同時(shí)給出了系統(tǒng)所能容忍的最大干擾集的估計(jì)。其次，將所提出的方法應(yīng)用于四自由度主動(dòng)磁懸浮軸承系統(tǒng)，首先為四自由度主動(dòng)磁懸浮軸承系統(tǒng)建立了數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)實(shí)際中系統(tǒng)的控制輸入所受的約束，應(yīng)用給出的外部擾動(dòng)輸入受限系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)方法，為四自由度主動(dòng)磁懸浮軸承系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制器，最后的仿真結(jié)果表明了該

5、方法有效。
　　4)研究了結(jié)構(gòu)不確定輸入受限系統(tǒng)的魯棒控制器設(shè)計(jì)問題。首先是對(duì)不確定系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)稱系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋控制器，得到系統(tǒng)控制器增益矩陣的參數(shù)化表達(dá)式，然后通過利用其提供的設(shè)計(jì)自由度使得在不確定集合的頂點(diǎn)上滿足魯棒性約束條件得到魯棒控制器。其次，將所提出的魯棒控制器設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于pH過程控制系統(tǒng)，得到的魯棒控制器能夠滿足系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和魯棒性能的要求，最后通過仿真結(jié)果表明，此設(shè)計(jì)方法不但簡單而且有效。
　　5)研究