基于饱和切换的转台控制系统分析与综合

论文摘要

先进的控制方法可以极大的提高控制系统的性能。转台作为一类专用的测试设备,好的控制系统设计方法有利于提高转台的动态性能及测试精度。因此,研究先进的控制方法来设计转台控制系统具有重要的意义。切换系统作为目前控制界中研究的热点,其在提高系统性能方面比单一的系统更具有优势,可以避免单一系统中存在的众多缺陷,在实际的工程应用中也受到广泛的关注与应用。同时,在实际的控制系统中饱和非线性约束的存在是非常普遍的。本文将在前人工作的基础上,针对含有饱和非线性约束的切换系统进行分析与研究,主要将对切换系统的状态反馈控制、鲁棒H?静态输出反馈控制及滑模控制的相关问题,并设计相应的控制器,最后结合到转台控制系统设计当中进行仿真的研究。首先,简要的介绍了问题的研究背景、国内外转台的发展历程、切换控制的基础知识及研究现状,饱和问题的基础知识及研究状况。简单的介绍了滑模控制的基础知识、控制方法及目前在切换系统中的应用及研究状况。同时,简要的介绍了转台的传统双模控制系统的设计方法及该方法中存在的一些优缺点。其次,考虑到转台常规双模式控制系统中存在一定局限性的问题,将针对一类具有饱和非线性约束的切换系统的状态反馈控制问题进行研究。简述了饱和非线性的处理方法,并运用公共二次Lyapunov函数分析了使闭环系统在任意的切换信号作用下都能渐近稳定的状态反馈控制器的设计方法。最后将控制器的求解条件转化为线性矩阵不等式的形式,并运用到转台双模式控制系统的设计中,同时进行仿真验证。然后,研究具有饱和非线性约束的切换系统的鲁棒H_∞静态输出反馈控制问题。运用公共二次Lyapunov函数分析了使闭环系统对于任意给定的切换信号都能达到渐进稳定的鲁棒静态输出反馈控制器的设计方法。同时,运用线性等价代换及矩阵分解的方法将系统中出现的双线性不等式问题转化为可解的线性不等式,将得到的可解条件转化为线性矩阵不等式凸优化问题。最后,将该方法运用到转台控制系统模型中进行仿真验证。最后,研究含有饱和非线性约束的切换系统的滑模控制问题。采用多Lyapvnov函数设计了使切换系统在给定的切换信号下能达到渐进稳定的滑模函数。结合系统的滑模到达条件来设计切换系统的滑模控制器,使闭环系统对于给定的切换信号能够达到渐进稳定。最后,将该方法运用到转台控制系统模型中进行仿真验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 高精度测试转台的研究目的及发展状况
• 1.1.1 选题意义
• 1.1.2 转台的发展状况
• 1.2 切换控制及其相关领域的发展概况
• 1.3 饱和问题概况
• 1.3.1 饱和特性及其对系统性能的影响
• 1.3.2 饱和问题的研究进展及现状
• 1.4 滑模控制综述
• 1.4.1 切换系统的滑模控制
• 1.4.2 滑模控制器的设计
• 1.5 转台常规控制方法概述
• 1.6 本论文的主要研究内容
• 第2章 饱和切换系统状态反馈控制及在转台伺服系统中的应用
• 2.1 引言
• 2.2 理论初步
• 2.2.1 切换系统理论基础
• 2.2.2 饱和非线性环节的处理
• 2.3 饱和切换系统状态反馈控制
• 2.3.1 问题描述
• 2.3.2 稳定性分析
• 2.3.3 控制器设计及吸引域分析
• 2.4 数值仿真
• 2.5 小结
• 第3章 饱和切换系统的输出反馈控制
• 3.1 引言
• 3.2 理论初步
• ∞ 控制理论基础'>3.2.1 H_∞控制理论基础
• ∞ 控制器综合'>3.2.2 鲁棒H_∞控制器综合
• 3.3 数值仿真
• 3.4 小结
• 第4章 饱和切换系统的滑模控制
• 4.1 引言
• 4.2 滑模控制基本理论
• 4.3 切换系统滑模控制
• 4.3.1 问题描述
• 4.3.2 滑模函数的设计
• 4.3.3 滑模控制器设计
• 4.4 数值仿真
• 4.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢