基于LMI的鲁棒控制器在电液力系统中的应用研究

论文摘要

在现代生产生活的各个行业中,液压控制系统被广泛的采用。但随着其工作环境以及负载条件的变化,还有某些突发因素的影响,液压控制系统将会受到很大程度上的干扰。尤其对于电液力控制系统而言,当系统的某个或者某些参数在比较大的范围变化时,系统的稳定性将受到较大的影响,甚至变得非常不稳定。因此需要对液压控制系统进行必要的升级与改进,提高其精度和稳定性。本文通过对国内外在电液伺服控制系统以及鲁棒控制理论等方面的研究与分析,并以电液力控制系统为研究背景,结合国外相关领域的研究成果,对鲁棒控制理论在液压控制系统方面的应用进行了相应的研究。首先采用较为简单易懂的线性化方法对电液力控制系统进行相应的建模,并推导出其传递函数。进一步的,为使系统能够与实际情况贴近,更加具有实用性,又对其建立了非线性模型,与此同时还针对系统中每个参数的变化对系统整体性能的影响做了相应的分析。再次在非线性模型的基础上推导出基于线性矩阵不等式法(LMI)的鲁棒控制器以及一般情况下权函数的选取原则,以达到提高系统整体性能的目的。本文也根据权函数的一般选择原则选取了多个不同的权函数,并对其进行验证,以检验其合理性。同时也对设计好的鲁棒控制器进行降阶处理,便于在实际应用中的实现。为了验证所设计的鲁棒控制器的优缺点,本文还设计了双惯性控制器,并将其两者分别进行仿真以及实验等方面的分析与比较。其结果表明:在参数不变或者变化很小的情况下,双惯性控制器的控制效果要优于鲁棒控制器;而对于对参数变化较大的系统而言,鲁棒控制器所得到的控制效果要好,并且对参数大范围变化表现出很强的适应性。最后,就鲁棒控制器和双惯性控制器的不同特点,对两者进行了频域分析,并得到了两种控制方法在不同情况下所表现不同性能差异的原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.2 电液伺服控制发展现状
• 1.2.1 常规控制理论及其应用
• 1.2.2 智能控制理论及其应用
• 1.2.3 电液伺服控制的发展方向
• 1.3 鲁棒控制理论
• 1.3.1 鲁棒控制理论的发展现状
• 1.3.2 H∞鲁棒控制理论
• 1.3.3 H∞鲁棒控制理论的发展现状
• 1.4 线性矩阵不等式法
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第2章 系统建模与分析
• 2.1 电液力控制系统的线性建模
• 2.1.1 电液力控制系统组成及工作原理
• 2.1.2 电液力控制系统的传递函数
• 2.1.3 电液力控制系统参数的确定
• 2.2 电液力控制系统的非线性建模
• 2.2.1 电液力控制系统的非线性方程
• 2.2.2 电液力控制系统的非线性模型
• 2.3 参数变化对非线性系统的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 鲁棒控制器与仿真
• 3.1 电液力控制系统的鲁棒性
• 3.1.1 鲁棒稳定性条件
• 3.1.2 鲁棒性能条件
• 3.2 基于LMI 的鲁棒控制理论
• 3.2.1 标准H控制问题
• 3.2.2 线性矩阵不等式问题
• 3.2.3 三类标准的LMI 控制问题
• 3.2.4 基于LMI 的H∞问题
• 3.3 鲁棒控制器的设计
• 3.3.1 系统设计要求
• 3（s）的选择'>3.3.2 W₃（s）的选择
• 1（s）的选择'>3.3.3 W₁（s）的选择
• 2（s）的选择'>3.3.4 W₂（s）的选择
• 3.3.5 控制器的求解
• 3.3.6 控制器的降阶
• 3.4 双惯性控制器的设计
• 3.5 系统仿真分析与比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 实验分析
• 4.1 实验系统的搭建
• 4.1.1 实验台的硬件组成
• 4.1.2 实验台的软件环境
• 4.2 实验结果分析
• 4.2.1 负载刚度的测量
• 4.2.2 控制器效果对比
• 4.2.3 控制器对比分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢