李大中, 金洪亮, 刘淑平[1]2004年在《基于混合灵敏度函数的H_∞控制器参数模糊优化方法》文中进行了进一步梳理给出了SISO系统H∞控制器参数优化过程,提出了一种系统性能模糊评价优化设计方法,根据系统动态特性通过模糊优化控制策略动态校正控制器结构参数.结果表明,本方法对模型不确定性具有良好的鲁棒性适应性和动态特性,控制品质优于一般H∞控制和常规PID,Smith预估器.
金洪亮[2]2001年在《基于混合灵敏度函数的H∞控制器参数模糊优化研究》文中进行了进一步梳理本文基于H(控制理论，结合H(混合灵敏度加权函数的选择，提出了一种SISO系统的H(控制系统参数模糊优化设计方法。针对H(设计方法所得控制器的保守性提出了改进方法，讨论分析了混合灵敏度加权函数与系统的鲁棒性能的关系，进而引入了模糊优化的思想，旨在使系统具有一定的鲁棒性的基础上，进一步提高系统的动态性能。通过仿真实验结果，表明本文方法对结构不确定性和非结构不确定性都具有良好的鲁棒性，所得控制器具有实现简便、鲁棒性和动态性能良好等优点。
范承德[3]2007年在《基于混合不确定建模的发动机怠速鲁棒控制研究》文中研究表明怠速工况是发动机的重要工况之一,与发动机的排放水平、能源消耗有密切的关系。怠速工况时由于汽车空调压缩机、动力转向器、自动变速器等装置的加载是突变的,这些扰动因素打破了发动机原有的稳定运行,出现了较大的转速波动。严重时甚至引起熄火现象。因此在满足日益严格的排放法规的前提下,保持发动机在怠速工况运行的稳定性显得尤为重要。影响发动机怠速的因素很多,如:系统具有不确定的滞后时间,传感器信号测量的干扰和噪声,运行环境的状态,以及随着老化、磨损出现的各控制参数数值的变化等,这些因素都使得对发动机的控制增加了不确定性。由于常规的控制方法需要提供发动机精确模型,无法实现对发动机怠速工况的控制;鲁棒控制理论因具有实现在不确定性控制的特点,因此适用于怠速转速的稳定性控制。本文在发动机简化模型的基础上,将鲁棒控制理论应用到了发动机的怠速控制上。论文的主要内容包含了以下叁个部分:1.首先建立了发动机的模型,并对其做了不确定性分析。首先,以四缸发动机为研究对象,根据其实际的工作过程,将整个发动机分成节气门、进气歧管、空气质量流量、压缩冲程等几个部分分别建立模型,验证和调试了模型的可靠性。并做了发动机怠速突加载荷下的仿真分析。然后针对发动机在怠速工况下运转时,各种因素对稳定性的影响做了不确定性分析。2.应用鲁棒控制H∞理论,在简化的标称模型的基础上,采用频率加权函数方法设计了怠速控制器。为了测试H∞控制理论的控制效果,在简化的发动机模型基础上,又设计了发动机怠速控制常用的PI控制器,仿真结果表明H∞控制的控制效果明显比PI控制要好。3.应用μ分析控制理论对发动机模型进行了参数不确定性分析和未建模动态分析,设计了怠速控制器。首先,调用了MATLAB中鲁棒工具箱内函数,分别运用结构奇异值μ分析理论、H∞控制理论和线性矩阵不等式分析了发动机标称模型,将结果进行对比分析。然后,运用D-K迭代分析了带有不确定性的广义的发动机模型,通过编程迭代设计出了μ综合控制器,其结果比较证明在存在着广义的混合不确定性的前提下,μ综合控制相对于H∞控制控制效果更好。本文在综述目前常用的发动机怠速控制方法的基础上,提出了两种新的控制方法:鲁棒控制H∞理论和μ分析与综合方法来控制发动机怠速。研究表明:这两种新的控制方法较常用的控制方法在响应过渡时间短,超调量小,抗干扰能力强。H∞理论在系统的稳定性方面表现良好,而μ分析与综合方法则能更好地兼顾系统的鲁棒稳定性和系统性能。
金哲[4]2006年在《高速电液比例控制系统H_∞控制器的研究》文中研究表明油压减振器是列车减振的关键部件之一。特别是在我国铁路实行全面提速以后，列车的安全性和舒适性要求成为了提速的一大难题。针对高速列车的需求，我国正在研发各种高速铁路油压减振器，但是由于现有测试设备和试验方法的限制，不能进行高速铁路油压减振器的综合性能测试，从而限制了减振器的进一步开发和性能指标的提高。 目前，我国普遍使用的J95型减振器性能测试试验台采用了机械式驱动装置，但是由于运动机构的限制，机械式试验台只能进行低频简谐振动测试，无法满足高速铁路油压减振器的高频响应性能测试要求。 经过30多年的发展，电液比例阀、液压缸等液压元件的生产制造技术得到了全面的发展，因此为基于高速电液比例控制技术的减振器试验台研制提供了可行性平台。但是，基于经典控制算法的高速电液比例系统无法满足系统的平稳性和跟随性要求。究其原因是：经典控制算法完全依赖于描述被控对象动态性能的精确数学模型，但是液压脉动，系统阻尼，摩擦以及油温等随着高速运行不断变化，无法确定精确的数学模型。另外，实际的比例阀一般均有较大的零位死区，所以稳态工作点不在零位平衡点，导致高速运行下的严重抖动。 相比之下，H_∞鲁棒控制理论不需要精确的数学模型，而且通过H_∞性能指标，可以保证控制系统的稳定性，因此高速电液比例控制系统H_∞控制器的研究具有重要的学术与应用价值。 本文建立了高速电液比例阀与高速电液比例系统的动态数学模型及状态空间表达式，分析了跟踪补偿和不确定性补偿对系统的影响，并提出了求解混合灵敏度H_∞控制器、H_∞／H_2混合参数化控制器、具有LMI区域极点约束的H_∞控制器，以及时滞不确定高速电液比例系统的H_∞控制器的算法，而且分析了不同性能指标、不同加权函数情况下鲁棒控制器对高速电液比例控制系统的影响。仿真结果表明：通过H_∞控制算法，可以设计出带宽为300Hz以上的位置反馈型高速电液比例阀和带宽为100 Hz以上的高速电液比例控制系统，而且在不同性能指标下都能保证系统的稳定性，因此为高速列车油压减振器性能测试系统的研制提供了理论依据。 首次在高速列车油压减振器性能测试系统中采用了H_∞鲁棒控制理论，并提出了适用于高速电液比例阀与高速铁路油压减振器性能测试试验台的各种
乔兴宏[5]2016年在《污水生化处理系统的智能预测及鲁棒优化控制研究》文中研究表明污水生化处理是一个随机、时变和耦合的复杂过程,传统的优化控制方法难以有效应用。智能控制和鲁棒控制等控制理论的引入能有力推动污水处理研究的发展。最小二乘支持向量机、小增益定理、Kharitonov定理、回路成形、V-gap理论、遗传算法和粒子群算法等作为研究工具在许多领域有了广泛的应用,但应用在污水处理领域的研究还很少。本文在总结前人对上述算法和污水处理系统研究的基础上,将相应算法进行改进和综合,应用于污水处理系统的出水水质参数预测和鲁棒优化控制,为污水处理厂的优化控制提供了理论依据,并取得了一定的研究成果。本文的主要研究内容概括如下:1.生化需氧量(BOD)是监测水体中有机物污染状况的重要指标,反映水体被有机物污染的程度,但这一指标很难实现在线监测和利用该指标进行反馈控制。针对这一问题,本文提出了一种在线更新Gustafson-Kessel(GK)模糊聚类和最小二乘支持向量机相结合的算法。为了提高在线运算速度和减少存储空间,GK模糊聚类算法对相似聚类合并;在线递推最小二乘支持向量机过程中,采用一种带时间窗型在线稀疏算法,利用快速留一交叉验证法(Fast Leave-One-Out Cross-Validation,简称FLOO-CV)删除对模型整体性能影响最小的冗余样本。将该算法应用于污水处理出水水质指标BOD的预测,实验结果表明本文提出的方法预测结果精度更高,运算速度更快。2.以回流的微生物浓度为控制变量,对污水处理不确定模型通过线性分式变换进行简化。通过小增益定理或Kharitonov定理将控制目标转换为不等式约束凸优化问题,采取遗传算法对控制器参数寻优。将该算法应用于简化的活性污泥数学模型的回流微生物浓度控制,相对传统的鲁棒控制器设计方式,避免了解复杂的Riccati方程,计算简单,控制器阶次低,更易于工程上的实现。仿真结果表明了该方法控制性能优良,鲁棒性能较好。3.溶解氧浓度是污水生化处理过程中的一个重要参数。溶解氧浓度模型是一种典型的不确定时变系统,其系统复杂,普遍存在参数变化,有外干扰等问题。传统控制手段难以有效的控制溶解氧浓度。针对模型不确定性,本章在间隙度量的基础上,提出了一种基于线性矩阵不等式技术的?H回路成形方法,设计了基于间隙度量的溶解氧浓度鲁棒控制器。该算法通过?H回路成形和V-gap理论将控制问题转换为凸约束优化问题,然后对遗传算法和粒子群算法进行比较,最后采取粒子群算法对鲁棒控制器参数进行寻优,得到一个低阶控制器,避免了复杂的计算。仿真结果证明该控制器能够很好地克服不确定模型带来的模型误差和抑制干扰。4.生物硝化、反硝化处理是脱除废水中硝态氮的有效手段。基于脱氮反应机理,通过探讨生物脱氮反应过程的动力学方程式和子过程相关化学计量关系式,比较有效地构建了活性污泥法简化硝态氮数学模型。根据简化硝态氮数学模型,污水处理厂需要通过调整生化反应池中的有机碳和硝酸氮等组分的浓度,实现硝态氮的去除。考虑同时存在参数、结构及干扰的不确定性,提出基于?H理论和遗传粒子群算法的鲁棒控制器设计算法。该算法根据系统的标称性能、鲁棒稳定性和鲁棒性能条件,将控制问题转换为凸约束优化问题。然后对遗传算法、粒子群算法和遗传粒子群混合算法进行比较和分析。最后采取遗传粒子群算法对鲁棒控制器参数进行寻优。仿真结果表明所提出的设计方法能有效的克服进水波动带来的干扰,相对Ziegler-Nichols(Z-N)和Cohen-Coon(C-C)整定方式,控制效果更好。5.针对污水处理过程能量消耗过大、运行成本高的问题,研究了基于智能算法(遗传算法、粒子群算法和遗传粒子群算法)的污水生化处理系统中关键控制器参数设定值的确定问题。以污水处理系统的运行能耗和出水水质作为目标优化函数,利用智能算法寻优出溶解氧浓度和硝酸氮浓度以“天”为周期的动态最优设定值。然后利用寻优出的每段最优参考值对污水处理系统进行分时段动态控制。通过在国际水协会提供的BSM1(Benchmark Simulation Model no.1)平台上进行优化控制仿真实验,仿真结果表明优化后的系统相对定常设置系统可以降低运行能耗,且以遗传粒子群算法优化的节能效果最好。
何金保[6]2009年在《卷绕张力系统鲁棒控制策略的研究》文中研究指明卷绕张力系统广泛应用于纺织、造纸、印刷、高速高精的线切割等制造行业中,由于高速卷绕张力系统中存在的张力与速度耦合、卷径参数时变以及外在干扰等问题,严重地影响到加工效率和产品质量。如何解决卷绕张力系统控制存在的问题,实现张力在线实时调节,保证系统的准确性、稳定性、快速性是当前张力系统研究的重要课题。本论文以典型的高速精密卷绕张力系统——多线切割机切丝张力系统为主要研究对象,对多线切割机切割机理和切丝运动模型分析,建立了切丝张力系统模型。针对张力系统中存在的张力与速度耦合、系统卷径参数时变等问题,研究了张力鲁棒控制策略,并进行了仿真及实验。针对多线切割机切丝张力系统的特点,分析了收放卷、张力检测等主要机构部件,建立了系统主要部件动力学模型。研究了切丝张力系统的建模方法,应用虎克(Hooke)定理、哥伦布(Coulomb)定理、质量守恒定理以及卷轴速度方程,建立了切丝张力系统数学模型。分析了切丝张力系统卷径时变引起结构参数变化,以及切丝张力与速度之间的耦合关系。为了解决张力系统存在的内外在干扰、张力与速度耦合等问题,提出了基于超代遗传(HGGA)的张力自寻优鲁棒控制。研究了张力系统加权函数与鲁棒性能之间的联系,根据张力误差和误差变化率确定系统当前运行状态,进而在线搜索张力鲁棒控制器的最优参数。张力自寻优鲁棒控制算法抑制了卷径时变以及外在干扰的影响,实现了张力控制器的在线调节,保证了收放卷子系统张力稳定。针对切丝张力系统的特点,构建了张力系统实验平台,对本论文所提出的张力控制策略进行了实验研究。通过对实验数据对比分析,应用张力自寻优鲁棒控制方法算法的张力控制系统,具有较小的张力静差率和张力波动率。表明张力自寻优鲁棒控制有效,达到了预期目标。论文为卷绕张力系统控制提供了一种新的思路,研究成果为解决张力控制问题提供了理论依据和应用基础,尤其对卷绕类线型小张力系统的设计具有实际意义。
付殿波[7]2012年在《高刚度磁悬浮系统的鲁棒控制研究》文中研究说明本文以龙门移动式数控机床的横梁为研究对象，应用磁悬浮技术减少其与导轨之间的摩擦，保证横梁悬浮在静止导轨的上方，实现精加工。本文主要研究的目的是根据横梁的工作原理与保持悬浮气隙高刚度控制过程提出有效的控制方法，以消除或减弱各外部扰动对悬浮刚度的影响，确保横梁悬浮的稳定性和悬浮气隙的精确性。首先，对龙门移动式数控机床的结构进行了详细的介绍，阐述了悬浮横梁的工作机理，以单磁铁为例建立了系统的数学模型。由于推导出的数学模型为非线性模型，因此选择在平衡点处对其采用局部线性化的方法，从而得到线性的电压控制模型和电流控制模型。其次，由于在系统建模时线性化后的模型与实际模型之间存在误差，因此选择H_∞混合灵敏度的控制方法设计了H_∞控制器，采用混合灵敏度优化算法折衷系统的抗干扰能力、跟踪能力与鲁棒稳定性叁者之间存在的矛盾，设计出良好的H_∞控制器从而提高系统的动态性能。与经典的PID控制方法进行了比较，H_∞鲁棒控制对干扰具有较好的抑制能力，提高了系统的悬浮刚度。最后，由于系统本身存在负载扰动、参数变化等诸多不确定因数，导致系统的气隙位移发生变化，使得系统的悬浮刚度减弱，为了更进一步提高系统的鲁棒性能和刚度，本文采用递归神经网络H_∞鲁棒控制器。在系统受到参数扰动和外部干扰时，神经网络的鲁棒控制能够较好的控制系统，消除或减弱系统的稳态误差，提高系统的稳定性，使系统达到高精度的要求。通过Simulink仿真研究表明，在磁悬浮系统的电压模型的基础上，设计了PID控制器和H_∞鲁棒控制器及神经网络的H_∞鲁棒控制器。而与经典控制方法相比较，H_∞鲁棒控制方法使系统有较好的鲁棒性能及抗干扰性能。利用神经网络的H_∞鲁棒控制方法来提高单电磁悬浮系统的悬浮刚度，两种控制方法的有机结合满足了悬浮系统的设计要求。
陈小飞[8]2011年在《磁悬浮飞轮系统振动分析与抑制控制研究》文中提出磁悬浮飞轮作为新型航天器姿态控制执行机构,具有无摩擦、高精度、长寿命等优势,是空间技术发展重要方向。然而磁悬浮飞轮振动将影响航天器工作,降低航天器指向精度。论文以解决磁悬浮飞轮振动问题为目的,系统地研究了磁悬浮飞轮动力学模型、非线性振动响应、与安装平台耦合振动、振动抑制控制方法等。提出了采用叁维有限元电磁场计算研究磁悬浮飞轮非线性电磁力的方法,建立了磁悬浮飞轮非线性动力学模型。基于多尺度法推导了磁悬浮飞轮有阻尼平移运动和倾斜运动非线性振动响应,建立了磁悬浮飞轮轴向运动非线性振动响应模型,分析了非线性振动响应与磁悬浮飞轮结构和控制参数关系,给出了以抑制非线性振动为目的的磁悬浮飞轮及其控制器设计依据。提出了采用Lagrange方程推导耦合振动模型的方法。针对磁悬浮飞轮地面调试和空间应用,建立了磁悬浮飞轮与地面安装平台、磁悬浮飞轮与航天器平台耦合动力学模型,分析了耦合振动响应与耦合结构和控制参数关系,分析了磁悬浮飞轮与航天器相互扰动。提出了超前-滞后校正陷波器,实现了转子不平衡振动响应抑制。基于自适应线性神经网络和BP神经网络设计了磁悬浮飞轮控制器,提出了自适应线性神经网络权重更新稳定性监测方法,提出了基于磁轴承-转子模型的BP神经网络权重更新方法,实现了在线训练和振动抑制控制。建立了考虑安装平台弹性支承的简化磁悬浮飞轮模型,基于混合灵敏度函数和线性矩阵不等式LMI,提出了磁悬浮飞轮H∞控制器综合方法,实现了振动抑制控制和平台适应性。建立了基于DSP和dSPACE两种数字控制平台实验系统。给出了转子升速和降速过程中振动响应,验证了磁悬浮飞轮非线性振动研究结果。基于dSPACE平台进行了磁悬浮飞轮在线动平衡实验与动不平衡振动抑制控制实验,验证了超前-滞后校正陷波器性能。论文研究了磁悬浮飞轮振动机理,提出了振动抑制控制方法,并通过实验进行验证,研究成果具有一定的理论价值,在工程中具有较高的实用价值。
井少朋[9]2011年在《单相光伏并网逆变系统控制策略的研究》文中研究说明目前,能源危机及环境污染问题已经成为人类所面临的最具挑战的问题之一。为了解决这一日益严重的问题,新能源的开发及利用已成为世界各国政府关注的焦点。太阳能以其特有的优势,成为21世纪最受政府和人民关注的能源之一,因此,太阳能发电产业得到了飞速的发展。本文首先对光伏发电系统控制策略的研究现状作了全面的阐述,全面分析了各种控制策略的优缺点；接着,详细介绍了本文单相光伏并网逆变系统的整体设计,包括逆变器类型、升压电路拓扑、逆变拓扑结构及滤波电路的选择等,并详细介绍了电路中主要器件参数的计算过程。其次,在分析光伏并网发电系统的主要控制目标及控制方式的基础上,选择了基于SPWM的电压前馈式的电流控制结构,并详细介绍了比例谐振控制器的设计过程。接着,简单介绍了标准H∞控制问题,通过设定混合灵敏度的性能指标,采用状态空间方法设计了一种H∞电流控制器。然后,在Matlab软件中搭建了单相光伏并网发电系统的模型,分别将鲁棒H∞控制器及准PR控制器与PI控制器进行仿真结果的对比分析；仿真结果表明,本文所设计的准PR控制器及基于混合灵敏度性能指标的H∞电流控制器具有良好的控制性能。最后对全文工作做了总结,并指出了今后的研究方向。
参考文献：
[1]. 基于混合灵敏度函数的H_∞控制器参数模糊优化方法[J]. 李大中, 金洪亮, 刘淑平. 控制理论与应用. 2004
[2]. 基于混合灵敏度函数的H∞控制器参数模糊优化研究[D]. 金洪亮. 华北电力大学. 2001
[3]. 基于混合不确定建模的发动机怠速鲁棒控制研究[D]. 范承德. 上海交通大学. 2007
[4]. 高速电液比例控制系统H_∞控制器的研究[D]. 金哲. 西南交通大学. 2006
[5]. 污水生化处理系统的智能预测及鲁棒优化控制研究[D]. 乔兴宏. 华南理工大学. 2016
[6]. 卷绕张力系统鲁棒控制策略的研究[D]. 何金保. 上海大学. 2009
[7]. 高刚度磁悬浮系统的鲁棒控制研究[D]. 付殿波. 沈阳工业大学. 2012
[8]. 磁悬浮飞轮系统振动分析与抑制控制研究[D]. 陈小飞. 国防科学技术大学. 2011
[9]. 单相光伏并网逆变系统控制策略的研究[D]. 井少朋. 华东理工大学. 2011
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