鲁棒控制系统VIP免费

在前面各章中，我们总是假设已经知道了受控对象的模型，但由于实际中存在种种不确定因素，如：参数变化；未建模动态特性；平衡点的变化；传感器噪声；不可预测的干扰输入；等等，所以我们所建立的对象模型只能是实际物理系统的不精确的表示。鲁棒系统设计的目标就是要在模型不精确和存在其他变化因素的条件下，使系统仍能保持预期的性能。如果模型的变化和模型的不精确不影响系统的稳定性和其它动态性能，这样的系统我们称它为鲁棒控制系统。鲁棒性(Robustness)所谓鲁棒性，是指标称系统所具有的某一种性能品质对于具有不确定性的系统集的所有成员均成立，如果所关心的是系统的稳定性，那么就称该系统具有鲁棒稳定性；如果所关心的是用干扰抑制性能或用其他性能准则来描述的品质，那么就称该系统具有鲁棒性能。系统的不确定性参数不确定性，如二阶系统：可以代表带阻尼的弹簧装置，RLC电路等。这种不确定性通常不会改变系统的结构和阶次。动态不确定性也称未建模动态，我们通常并不知道它的结构、阶次，但可以通过频响实验测出其幅值界限：],[,11)(2aaaasssG为确定函数)(,,)()(jWRjWj)(s•加性不确定性：•乘性不确定性：)()(),(0ssGsG)())((),(0sGsIsG一个例子设汽车质量为M,路面摩擦系数为，汽车的力学模型如下图所示：其运动方程为：如果考虑到汽车的质量M随车载负荷发生变化，且也随路面状况不同而变化，则方程的系数就具有一定的不确定性，即，无法得到M和的精确值。假设M和的取值范围给定如下：为给定常数iMMM,20201010MfvdtdvMvfv那么实际的被控对象就可以描述为如果用f到v的传递函数来描述，则有其中可以找到适当的界函数2100,,)()MfvdtdvMM＋（)()()(1)(000ssGsMMsG)]()[()()(,1)(0000000sMMsMMsssMsG)()(),(jWjjW有鲁棒控制理论是分析和处理具有不确定性系统的控制理论，包括两大类问题：鲁棒性分析及鲁棒性综合问题。鲁棒性分析是根据给定的标称系统和不确定性集合，找出保证系统鲁棒性所需的条件；而鲁棒性综合（鲁棒控制器设计问题）就是根据给定的标称模型和不确定性集合，基于鲁棒性分析得到的结果来设计一个控制器，使得闭环系统满足期望的性能要求。主要的鲁棒控制理论有：Kharitonov区间理论；H控制理论；结构奇异值理论(理论)；等。Kharitonov定理具有不确定参数的系统假设系统的特征多项式为其系数满足我们称(1)为区间多项式，为了判定系统的稳定性，应该研究所有可能的参数组合，这是个无穷检验问题。前苏联数学家Kharitonov于1978年给出了关于判断区间多项式族鲁棒稳定性的四多项式定理，为研究参数不确定系统的鲁棒性分析奠定了基础。(1))(0111asasasasfnnnn],[0,,,1,0,iiiiiaaniaaaKharitonov定理：(1)中的每一个多项式均稳定当且仅当下面的四个多项式稳定注：定理中的四个多项式通常被称作Kharitonov顶点多项式。Kharitonov定理的意义在于它将区间多项式中无穷多个多项式的稳定性与四个定点的稳定性等价起来，将无穷检验变为有限检验（顶点检验）。55443322104554433221035544332210255443322101)()()()(sasasasasaasPsasasasasaasPsasasasasaasPsasasasasaasP考虑下图所示的闭环系统其中miiiiiniiiirrrsrrsDsqsNrsDsNrsG00,,),(,)(,),()(),(闭环传递函数为),(1),(),(rskGrsGrsGCLGcl(s)的分母为)(),(skNrsD-G(s)kuy例：1122),(12233423srsrsrssssrsG]3,2[],4,3[,54321rrr，取k＝1，此时闭环传递函数的分母为2122112233423122334spspspsssssrsrsrs其中]4,3[],6,5[],3,2[321ppp此时上面的闭环系统稳定当且仅当下面的四个多项式稳定4324432343224321...