文档介绍：北京机械工业学院
硕士学位论文
不确定系统的非脆弱鲁棒控制分析与设计
姓名:屠永
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:恒庆海
20071201
摘要利用本实验室已有的试验教学设备——倒立摆系统进行研究。其次,应用带有刂破鞯淖钣趴刂葡低吃诨贛肪诚露缘摆增广控制对象的过程中,重点考虑倒立摆系统的小车与导轨间的非线性干摩馈控制回路进行鲁棒稳定性和鲁棒性能的非脆弱研究。考虑到控制器的摄动也最后,关于研究工作中出现的问题和进一步工作的方向进行了简要的讨论。随着现代控制理论的飞速发展,鲁棒控制问题逐渐引起人们的高度重视。为了进一步加深对鲁棒控制理论和技术的研究,并使其与实际相结合,本课题倒立摆的稳定控制是控制理论的一个研究课题,许多抽象的控制概念如系统稳定性、可控性、抗干扰能力等,都可以通过倒立摆直观地表现出来。首先分析了倒立摆系统以及倒立摆的不确定性因素和主要干扰信号,确定主要的干扰信号为小车与导轨问的静摩擦力,讨论了静摩擦力对系统性能的影响,不确定性因素为小车与导轨的动摩擦系数以及放大电路的增益。立摆系统进行了控制仿真试验。仿真结果表明系统的性能指标己经达到,控制器设计是成功的,但刂破鞯牟蛔闶羌尤ň卣驫、闹涤胂低诚煊π阅之『自墓叵凳嵌ㄐ缘模荒芤淮蔚玫铰獾慕峁枰6啻蔚髡堑闹挡拍得到满意的系统响应性能。本文的研究重点在于鲁棒J涑龇蠢】刂啤S胱刺蠢∠啾冉希沽谑出反馈的鲁棒性问题十分突出,相对来说脆弱性问题不是很明显。在选择倒立擦因素,同时架构起包括干扰、参数不确定性等因素的加权函数在内的整个增广控制系统模型,利用ㄇ蟮玫沽诘南咝远涑龇蠢】刂破鳎抡姹明控制器能较好地抑制一级倒立摆干扰和参数的摄动所带来的影响,解决了系统的鲁棒性问题。然后,对倒立摆的鲁棒J涑龇蠢】刂圃龉阆低辰新嘲粑榷ㄐ院吐嘲粜阅的非脆弱研究。在倒立摆系统中选取针对输入干扰〕涤氲脊旒涞母赡Σ反与非脆弱鲁棒性能的设计要求有关,尝试采用改进的∥综合方法进行设计仿真。仿真表明控制器能较好地抑制线性干摩擦带来的干扰和参数的摄动所带来的影响,提高了在被控对象和控制器同时摄动时系统的性能。验证了设计方法的有效性和可行性。
关键词:倒立摆系统;鲁棒J涑龇蠢】刂疲环谴嗳趼嘲粜阅埽弧巫酆戏椒摘要
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游翵学位论文作者签名:縻孔学位论文版权使用授权书经指导教师同意,本学位论文属于保密,在年解密后适用本授权书。指导教师签名:学位论文作者签名:年月本人完全了解北京机械工业学院关于收集、保存、使用学位论文的规定,同日意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版,并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版;在不以赢利为目的的前提下,学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。
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第滦髀课题背景它的稳定控制是控制理论的一个研究课题,是理想的自动控制理论研究实验平自从二十世纪年代以来,倒立摆就成了控制机电一体化实验平台,可以用来进行各种电机拖动、定位和速度跟踪等控制实对倒立摆控制的研究被誉为“所有控制研究部门阜冠上的珍珠川¨;许多现代控倒立摆是一个较复杂的不稳定的高阶机械系统,存在非线性和不确定性。台,许多抽象的控制概念如系统稳定性、可控性、抗干扰能力等,都可以通过倒立摆直观地表现出来。因此,实验室的经典工具。同时倒立摆系统又是双足行走机器人和火箭垂直姿态等许多控制对象的最简模型,由于倒立摆在数学模型上复杂但直观又简单,所以倒立摆机构的控制问题常用来检验新的控制理论和方法的有效性,是控制理论中较为理想的实验手段。近年来并行二级倒立摆卜腿兜沽诔晌Q芯康闹氐悖サ缁刂频亩嗉兜沽谑且桓鍪澜性的难题。倒立摆的控制问题是举世公认的控制理论中典型的控制问题,也是教学和科研的重要工具。除此之外,由于倒立摆系统的不稳定、多变量、非线性、强耦合等特性,许多现代控制理论的研究人员一直将它们视为研究对象,用它们来描述线性控制领域中不稳定系统的稳定化和非线性控制领域中的变结构控制、无源性控制、自由行走、非线性观测器、摩擦补偿、非线性模型降阶等控制思想,并且不断从中发掘出新的控制理论和控制方法,