鲁棒控制课件.ppt

鲁棒控制 什么是鲁棒控制 所谓 鲁棒性 是指控制系统在一定 结构 大小 的参数摄动下 维持某些性能的特性 根据对性能的不同定义 可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性 以闭环系统的鲁棒性作为目标设计得到的固定控制器称为鲁棒控制器 适用性鲁棒控制方法适用于稳定性和可靠性作为首要目标的应用 同时过程的动态特性已知且不确定因素的变化范围可以预估 飞机和空间飞行器的控制是这类系统的例子 非线性系统设计的基本问题是我们仅知道被控对象的部分动态信息 无法获得被控对象的精确模型 所建立的模型要反映实际的被控对象 就必然存在未知项和不确定项 如果在控制器设计阶段没有恰当地处理这些不确定项 可能会使得被控系统的性能明显地恶化 甚至造成整个闭环系统不稳定 控制器必须能够处理这些未知项或不确定项 因而估计和鲁棒是设计一个成功的控制器的关键 自适应控制和鲁棒控制及其相结合的控制器是能够处理这些未知项或不确定项 以获得期望的暂态性能和稳态跟踪精度行之有效的方法 实际应用 鲁棒控制器问题是控制系统设计中鱼待解决的问题之一 它是在所描述的被控对象不确定性允许范围内 综合其控制律 使系统保持稳定和性能鲁棒 鲁棒控制理论包括鲁棒性分析和鲁棒设计两大类问题 由于系统中的不确定性对系统的性能能否保持有决定性的影响 且高性能指标的保持要求高精度的标称模型 研究问题 因此 在基于模型的控制系统设计方法进行设计时 应定量的分析这个设计允许的最大模型偏差 如果实际系统中的模型偏差在这个范围之内 则预期的性能指标可以保证 此时称这个设计是鲁棒的 确定某个设计允许的最大模型偏差是鲁棒性分析问题 它也可描述为 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能所需要的条件 系统的鲁棒稳定性 控制系统的鲁棒性是指系统中存在不确定性因素时 系统仍能保持正常工作性能的一种属性 反馈控制系统的鲁棒性是指系统在某一类特性的不确性条件下具有使系统的稳定性 渐进调节能力和动态特性保持不变的特性 它包含了鲁棒稳定性就 鲁棒渐近调节和鲁棒动态特性三个方面的内容 U综合设计典型结构图 M为广义标称对象 为结构不确定性 K为状态反馈或输出反馈 注 无人机鲁棒控制律设计 综合方法为算例小型无人机设计了横侧向鲁棒控制器 并与H 方法进行比较 为了提高工程实用性 对控制器进行降阶处理 为了使无人机能够在稳定的高度飞行 利用模糊控制设计了飞行高度控制器 综合方法概述在实际的控制问题中 系统的不确定性往往具有已知的结构 鲁棒控制系统的设计必须体现这个已知的结构 否则将导致设计的严重保守性 利用 综合方法 可以很好的降低鲁棒控制系统设计的保守性 把鲁棒稳定性和鲁棒性能统一起来考虑 结构奇异值实际的被控对象可以看作是对象模型集合G中一个元素 结构不确定性 描述系统模型与标称模型的偏离程度 为了评价闭环系统的稳定性和性能 可以将闭环系统分为两部分 广义标称对象M s 和不确定性 得到如图所示的M 结构 传递函数矩阵M s 包含对象的标称模型 控制器和不确定性的加权函数 摄动块 是块对角矩阵 它包含各种类型的不确定性摄动 结构是根据实际问题的不确定性和系统所需要的性能指标来确定的 它属于矩阵集 s 这个集合包含三部分的块对角结构 1 摄动块的个数 2 每个摄动子块得类型 3 每个摄动子块的维数本文考虑两类摄动块 重复标量摄动块和不确定性全块 前者表示对象参数不确定性 后者表示对象动态不确定性 定义块结构 s 为 5 1 3 综合控制问题描述 图为标准 综合控制问题的描述 P表示系统开环传递函数阵 包括标称对象模型 不确定性模型 性能和不确定性加权函数 表示范数有界的结构不确定性集合 K为控制器 其中P有三个输入 摄动p 扰动d 控制u 三个输出 摄动w 误差e 测量误差y 被控系统可以用LFT形式描述如下 综合控制问题的LFT描述 综合设计目的是完成一个稳定的控制器K s 使闭环系统对于不确定结构 1 操纵驾驶杆侧向运动只改变滚转角速率 操纵脚蹬只改变侧滑角 2 操纵品质为 从驾驶杆侧向运动到滚转角速率之间的传递函数接近于一阶系统deg sec mm 从脚蹬到侧滑角之间的传递函数接近于二阶系统deg mm 3 副翼舵机和方向舵机近