欠驱动系统课件

欠驱动系统

----建模、仿真与控制欠驱动系统

----建模、仿真与控制主要内容导航欠驱动系统控制欠驱动系统概述结束语欠驱动系统建模欠驱动机械系统欠驱动电力电子系统欠驱动机械系统欠驱动电力电子系统欠驱动机械系统欠驱动电力电子系统主要内容导航欠驱动系统控制欠驱动系统概述结束语欠驱动系统建模欠驱动系统概述——一般定义欠驱动系统:控制输入数目少于待控输出量数目的控制系统其中：例如：欠驱动系统概述——一般定义欠驱动系统:控制输欠驱动机械系统概述——发展简史18世纪：欧拉和拉格朗日开始研究机械系统。欧拉：刚体运动的基本方程；拉格朗日：《分析力学》欠驱动机械系统概述——发展简史18世纪：欧拉和拉格朗欠驱动机械系统概述——发展简史19世纪：瓦特发明蒸气机标志着机械控制系统的诞生。欠驱动机械系统概述——发展简史19世纪：瓦特发明蒸气欠驱动机械系统概述——发展简史20世纪：欠驱动机械系统大量涌现。欠驱动机械系统概述——发展简史20世纪：欠驱动机械系欠驱动机械系统概述——发展简史21世纪：由于机械系统在现实生活中的广泛应用而使得机械系统的控制成为热点欠驱动机械系统概述——发展简史21世纪：由于机械系统欠驱动机械系统概述——应用研究航天航空：直升飞机人造卫星运载火箭欠驱动机械系统概述——应用研究航天航空：直升飞机人造欠驱动机械系统概述——应用研究海洋舰艇：气垫船舰船潜艇欠驱动机械系统概述——应用研究海洋舰艇：气垫船舰船潜欠驱动机械系统概述——应用研究机器人技术：娱乐机器人机械臂仿人机械手欠驱动机械系统概述——应用研究机器人技术：娱乐机器人欠驱动机械系统概述——应用研究交通运输工具：机车JOE吊车欠驱动机械系统概述——应用研究交通运输工具：机车JO

AcrobotPendubot欠驱动机械系统概述——BenchmarkAcrobotPendubot欠驱动机械系统概述

直线倒立摆系统旋转倒立摆系统欠驱动机械系统概述——Benchmark直线倒立摆系统旋转倒立摆系统欠驱动机械系统概述欠驱动机械系统概述——Benchmark球棒系统欠驱动机械系统概述——Benchmark球棒系统欠驱动机械系统概述——BenchmarkTORA欠驱动机械系统概述——BenchmarkTORA欠驱动机械系统概述——Benchmark惯性轮摆系统欠驱动机械系统概述——Benchmark惯性轮摆系统欠驱动机械系统概述——Benchmark两驱动三连杆系统欠驱动机械系统概述——Benchmark两驱动三连杆欠驱动机械系统概述——Benchmark吊车系统欠驱动机械系统概述——Benchmark吊车系统欠驱动机械系统概述——Benchmark平面倒立摆系统欠驱动机械系统概述——Benchmark平面倒立摆系欠驱动机械系统概述——Benchmark一阶柔性连杆机器人欠驱动机械系统概述——Benchmark一阶柔性连杆欠驱动机械系统概述——Benchmark移动机器人水面舰船欠驱动机械系统概述——Benchmark移动机器人水欠驱动机械系统概述——Benchmark垂直升降飞行器欠驱动机械系统概述——Benchmark垂直升降飞行欠驱动机械系统概述——Benchmark直升飞机欠驱动机械系统概述——Benchmark直升飞机欠驱动机械系统概述——Benchmark各种仿生机器人欠驱动机械系统概述——Benchmark各种仿生机器欠驱动机械系统概述——Benchmark蛇形板系统欠驱动机械系统概述——Benchmark蛇形板系统欠驱动电力电子系统概述——发展简史20世纪90年代以来，随着电力电子技术的发展，MOSFET、IBGT等功率开关器件性能不断提高。

变流装置开关器件电能变换比例图欠驱动电力电子系统概述——发展简史20世纪90年代以欠驱动电力电子系统概述——应用研究有源滤波和无功补偿：并联有源滤波器并联有源滤波器欠驱动电力电子系统概述——应用研究有源滤波和无功补偿欠驱动电力电子系统概述——应用研究统一电能质量控制

：并联有源滤波器并联有源滤波器欠驱动电力电子系统概述——应用研究统一电能质量控制欠驱动电力电子系统概述——应用研究四象限交流电机驱动：四象限交流驱动结构拓扑欠驱动电力电子系统概述——应用研究四象限交流电机驱动欠驱动电力电子系统概述——应用研究风力发电：双馈电机风力涡轮系统欠驱动电力电子系统概述——应用研究风力发电：双馈电欠驱动电力电子系统概述——应用研究超导储能:超导储能系统拓扑欠驱动电力电子系统概述——应用研究超导储能:超导

欠驱动电力电子系统概述——BenchmarkBuck-boostconverterBoostconverterCúkconverter欠驱动电力电子系统概述——Benchmar

欠驱动电力电子系统概述——BenchmarkVoltagesourceconverterBoost-boostconverterCurrentsourceconverter欠驱动电力电子系统概述——Benchmar欠驱动系统概述——欠驱动原因系统的欠驱动特性是什么原因造成的？系统的动力学（例如：航天器、宇宙飞船、直升飞机和水下舰艇等）；为了节省开支或者其它一些实用目的而设计的（例如：两个推进器的卫星和柔性连杆机器人）；驱动失败（例如：水面舰船，航行器）；为了深入研究高阶欠驱动系统的控制而人为的创造较为复杂的低阶非线性系统(例如：两阶倒立摆和球棒系统)。欠驱动系统概述——欠驱动原因系统的欠驱动特性是什么原欠驱动系统概述——受重视原因欠驱动系统的控制为何得到广泛的重视并成为热点？欠驱动系统广泛存在于我们的工作生活中；在实际工程中，如何用少于标准数目的执行器来控制系统是一个有意义的尝试；欠驱动系统是一类特殊的非线性系统，对于该类系统研究有助于研究一般非线性系统的控制问题。欠驱动系统概述——受重视原因欠驱动系统的控制为何得到欠驱动系统概述——严格定义系统其中：是独立广义坐标的状态向量，是表示系统动力学的向量场，是广义的速度向量，是输入矩阵，是广义输入力。该系统被称为是欠驱动的，如果其外部广义输入力不能够同时在形态空间的所有方向产生加速度，即欠驱动系统概述——严格定义系统其中：是独立广义坐标的主要内容导航欠驱动系统控制欠驱动系统概述结束语欠驱动系统建模欠驱动机械系统欠驱动电力电子系统欠驱动机械系统欠驱动电力电子系统欠驱动机械系统欠驱动电力电子系统主要内容导航欠驱动系统控制欠驱动系统概述结束语欠驱动系统建模欠驱动系统建模——建模基础简单欠驱动机械系统可用牛顿经典力学：复杂欠驱动机械系统或者一般情况下使用拉格朗日分析力学：欠驱动电力电子系统基尔霍夫定理：欠驱动电力电子系统使用拉格朗日分析力学：欠驱动电力电子系统使用哈密尔顿力学：欠驱动系统建模——建模基础简单欠驱动机械系统可用牛顿欠驱动系统建模——建模举例牛顿法：拉格朗日法：欠驱动系统建模——建模举例牛顿法：拉格朗日法：欠驱动系统建模——建模举例牛顿法：拉格朗日法：力不从心！欠驱动系统建模——建模举例牛顿法：拉格朗日法：力不从欠驱动系统建模——建模举例三相电压型PWM整流器：基尔霍夫定理：欠驱动系统建模——建模举例三相电压型PWM整流器：基欠驱动系统建模——建模举例三相电压型PWM整流器：拉格朗日法：欠驱动系统建模——建模举例三相电压型PWM整流器：拉欠驱动系统建模——建模举例三相电压型PWM整流器：哈密尔顿法：欠驱动系统建模——建模举例三相电压型PWM整流器：哈欠驱动系统建模——建模举例三相电压型PWM整流器：坐标变换：欠驱动系统建模——建模举例三相电压型PWM整流器：坐欠驱动系统建模——拉格朗日常用描述状态变量.惯性矩阵.离心力和Coriolis力.重力项.控制输入.欠驱动系统建模——拉格朗日常用描述状态变量.惯性矩欠驱动系统建模——拉格朗日常用描述为了便于控制器的设计以及计算的方便，在设计过程中常常将矩阵形式分写成如下形式欠驱动系统建模——拉格朗日常用描述为了便于控制器的设欠驱动系统建模——模型特征对于动力学描述：其具有特性：欠驱动系统建模——模型特征对于动力学描述：其具有特性欠驱动系统建模——哈密尔顿常用描述状态变量.连接矩阵.耗散矩阵.输入矩阵.系统的存储能量.输入变量欠驱动系统建模——哈密尔顿常用描述状态变量.连接矩主要内容导航欠驱动系统控制欠驱动系统概述结束语欠驱动系统建模欠驱动机械系统欠驱动电力电子系统欠驱动机械系统欠驱动电力电子系统欠驱动机械系统欠驱动电力电子系统主要内容导航欠驱动系统控制欠驱动系统概述结束语欠驱动系统建模欠驱动系统控制——特点一些针对全驱动系统有效的设计方法不能直接用来设计欠驱动系统：最优法、鲁棒控制、自适应控制以及学习控制等。此外还有自身的设计难点：高的相对阶以及非最小相位等；不具有全驱动系统具有的结构特点：反馈线性化、匹配条件、无源以及线性可参数化等；欠驱动系统控制——特点一些针对全驱动系统有效的设计方欠驱动系统控制——系统化设计系统状态！系统设计！欠驱动系统控制——系统化设计系统状态！系统设计！欠驱动系统控制——规范型定义级联系统：具有如下结构的非线性系统：其中：是复合状态

是控制输入则称之为部分线性的级联非线性系统！当第二个方程是线性时不变系统时，即欠驱动系统控制——规范型定义级联系统：具有如下结构的欠驱动系统控制——规范型定义严格反馈型:非线性系统具有如下的三角结构：欠驱动系统控制——规范型定义严格反馈型:非线性系统具欠驱动系统控制——规范型定义严格前馈型:非线性系统具有如下的三角结构：其中:至少是的二次形式。欠驱动系统控制——规范型定义严格前馈型:非线性系统具欠驱动系统控制——规范型定义非三角结构:级联非线性系统具有如下的结构：该非线性规范型也称为Byrnes-Isidori规范型。其中：欠驱动系统控制——规范型定义非三角结构:级联非线性欠驱动系统控制——匹配部分反馈线性化总存在一个可逆的控制变换将系统的动力学部分线性化成：欠驱动系统控制——匹配部分反馈线性化总存在一个可逆的欠驱动系统控制——非匹配部分反馈线性化总存在一个可逆的控制变换将系统的动力学部分线性化成：条件：欠驱动系统控制——非匹配部分反馈线性化总存在一个可逆欠驱动系统控制——部分反馈线性化缺点：新的控制输入同时出现在系统的线性和非线性部分，将成为控制设计的难点。优点：从概念上和结构上简化了欠驱动系统的控制问题；下面将结合一个实例演示部分的系统化的设计过程。欠驱动系统控制——部分反馈线性化缺点：新的控制输入同欠驱动系统控制——系统化设计实例一阶倒立摆的动力学描述:首先，应用非匹配部分反馈线性化，并应用下面的坐标变换实现控制输入的解耦:其中：欠驱动系统控制——系统化设计实例一阶倒立摆的动力学描欠驱动系统控制——系统化设计实例则系统的动力学转化成:其中:则可见，该动力学描述已经是严格前馈形式的级联规范型。

欠驱动系统控制——系统化设计实例则系统的动力学转化成欠驱动系统控制——系统化设计实例应用下面一系列的控制变换:我们可得到全局渐进稳定倒立摆系统平衡点的嵌套饱和状态反馈算法：欠驱动系统控制——系统化设计实例应用下面一系列的控制欠驱动系统控制——系统化设计实例仿真条件:仿真结果:欠驱动系统控制——系统化设计实例仿真条件:仿真结果:欠驱动系统控制——具体化设计因此，针对不同的欠驱动控制对象，可发掘有效的具体化控制设计策略。系统化设计不能囊括所有的欠驱动系统的控制问题，且针对不同的控制对象，其未必是最佳的控制方案；针对吊车系统的控制问题，下面将给出两种非线性控制方案，并分别进行实验验证。欠驱动系统控制——具体化设计因此，针对不同的欠驱动控欠驱动系统控制——吊车控制定摆长模型：变摆长模型：系统模型欠驱动系统控制——吊车控制定摆长模型：变摆长模型：系欠驱动系统控制——吊车控制方案1非线性系统精确线性化：非线性系统可以精确线性化充要条件：

r≦n，r为系统相对阶，n为系统维数

输出个数＝输入个数…理论引述欠驱动系统控制——吊车控制方案1非线性系统精确线性化：非线性形式转化，为了应用精确线性化方法对定位部分精确线性化欠驱动系统控制——吊车控制方案1I/O线性化形式转化，为了应用精确线性化方法对定位部分精确线性化欠驱动系位置伺服重物防摆防摆条件欠驱动系统控制——吊车控制方案1定位防摆控制位置伺服重物防摆防摆条件欠驱动系统控制——吊车控制方案1定位综合部分I/O反馈线性化和定位防摆控制，可得到系统的控制输入为：欠驱动系统控制——吊车控制方案1控制输入综合部分I/O反馈线性化和定位防摆控制，可得到系统的控制输入就是这样的欠驱动系统控制——吊车控制方案1控制框图就是这样的欠驱动系统控制——吊车控制方案1控制框图条件：M＝50kg，m＝5kg，行走前静止！欠驱动系统控制——吊车控制方案1仿真实验条件：M＝50kg，m＝5kg，行走前静止！欠驱动系统控制—切换部分控制柜工控机吊车本体欠驱动系统控制——吊车控制方案1实验平台切换部分控制柜工控机吊车本体欠驱动系统控制——吊车控制方案1欠驱动系统控制——吊车控制方案1实验系统参数欠驱动系统控制——吊车控制方案1实验系统参数时间最优控制无防摆控制联动非线性控制欠驱动系统控制——吊车控制方案1实验录像时间最优控制无防摆控制联动非线性控制欠驱动系统控制——吊车控欠驱动系统控制——吊车控制方案1录像数据欠驱动系统控制——吊车控制方案1录像数据下放负载提升负载欠驱动系统控制——吊车控制方案1实验结果下放负载提升负载欠驱动系统控制——吊车控制方案1实验结果水平向的定位误差小于0.03m，垂直向的定位误差小于0.02m。吊车不加防摆控制算法联动时。定位时间在5s～6s之间，摆动比较大，在5°～8°之间。定摆长单拍消摆策略时。定位时间在12s～14s之间；摆动：绳长较长不超过1.5°，绳长较短不超过3.12°。非线性控制算法时。定位时间在4s～6.5s之间；摆动：绳长较长不超过2.0°，绳长较短不超过2.5°。非线性控制算法可以明显提高吊车系统的工作效率欠驱动系统控制——吊车控制方案1小结水平向的定位误差小于0.03m，垂直向的定位误差小于0.02滑模面可达稳定滑动可达，滑动，稳定有一非线性控制系统确定切换函数向量：寻求变结构控制：使得系统满足：欠驱动系统控制——吊车控制方案2基本概念变结构控制：滑模面可达稳定滑动可达，滑动，稳定有一非线性控制系统确定切换针对定摆长模型设：则可得系统模型为：欠驱动系统控制——吊车控制方案2——定绳长吊车防摆定位VSS控制器的设计针对定摆长模型设：则可得系统模型为：欠驱动系统控制——吊车控取滑模面为：采用等速趋近率控制策略控制函数为：欠驱动系统控制——吊车控制方案2——定绳长吊车防摆定位VSS控制器的设计取滑模面为：采用等速趋近率控制策略控制函数为：欠驱动系统控制系统时域图抖振太大了！欠驱动系统控制——吊车控制方案2——定绳长吊车防摆定位VSS控制器的设计仿真结果：系抖振太大了！欠驱动系统控制——吊车控制方案2——定绳长吊车针对变摆长模型设：可得系统模型为：欠驱动系统控制——吊车控制方案2——变绳长吊车防摆定位VSS控制器的设计针对变摆长模型设：可得系统模型为：欠驱动系统控制——吊车控制定义滑模面为：采用等速趋近率的控制策略欠驱动系统控制——吊车控制方案2——变绳长吊车防摆定位VSS控制器的设计定义滑模面为：采用等速趋近率的控制策略欠驱动系统控制——吊车控制函数为：欠驱动系统控制——吊车控制方案2——变绳长吊车防摆定位VSS控制器的设计控制函数为：欠驱动系统控制——吊车控制方案2——变绳长吊车防系统时域图抖振太大了！抖振太大了！欠驱动系统控制——吊车控制方案2——变绳长吊车防摆定位VSS控制器的设计仿真结果：系抖振太大了！抖振太大了！欠驱动系统控制——吊车控制方案2—系统相平面图仿真结果：欠驱动系统控制——吊车控制方案2——变绳长吊车防摆定位VSS控制器的设计系仿真结果：欠驱动系统控制——吊车控制方案2——变绳长吊车防然而，滑模变结构控制在本质上的不连续开关特性格会引起系统的一种“抖振”问题。从理论角度，在一定意义上，由于滑动模态可以按需要设计，而且系统的滑模运动与控制对象的参数变化、系统的外部扰动及内部的摄动无关，因此滑模变结构控制系统的“鲁棒性”要比一般常规的连续控制系统强；欠驱动系统控制——吊车控制方案2抖振问题然而，滑模变结构控制在本质上的不连续开关特性格会引起系统的一时间滞后开关；

空间滞后开关；

系统惯性的影响；系统时间纯滞后和空间“死区”的影响；

状态测量误差；

时间离散滑模变结构控制系统的抖振。

欠驱动系统控制——吊车控制方案2抖振问题造成抖振的因素分析时间滞后开关；欠驱动系统控制——吊车控制方案2抖振问题造成欠驱动系统控制——吊车控制方案2抖振问题准滑动模态：欠驱动系统控制——吊车控制方案2抖振问题准滑动模态：

1、柔化sgn(s)函数法：2、边界层法：3、趋近率法：准滑动模态控制方案：欠驱动系统控制——吊车控制方案2抖振问题

1、柔化sgn(s)函数法：2、边界层法：3、趋近率法：准滑动模态控制欠驱动系统控制——吊车控制方案2抖振问题准滑动模态控制欠驱动系统控制——吊车控制方案2抖振问题准滑模伪变结构控制滑模变结构控制定摆长吊车控制结果：欠驱动系统控制——吊车控制方案2抖振问题准滑模伪变结构控制滑模变结构控制定摆长吊车控制结果：欠驱动系准滑模伪变结构控制滑模变结构控制变摆长吊车控制结果：欠驱动系统控制——吊车控制方案2抖振问题准滑模伪变结构控制滑模变结构控制变摆长吊车控制结果：欠驱动系负载质量不同绳长不同欠驱动系统控制——吊车控制方案2——定绳长吊车防摆定位VSS控制器的鲁棒性实验仿真结果：负载质量不同绳长不同欠驱动系统控制——吊车控制方案2——定绳位移不同外部扰动欠驱动系统控制——吊车控制方案2——定绳长吊车防摆定位VSS控制器的鲁棒性实验仿真结果：位移不同外部扰动欠驱动系统控制——吊车控制方案2——定绳长吊欠驱动系统控制——吊车控制方案2实验平台欠驱动系统控制——吊车控制方案2实验平台手动运行时的效果自动防摆控制效果欠驱动系统控制——吊车控制方案2实验录像手动运行时的效果自动防摆控制效果欠驱动系统控制——吊车控制方变质量变绳长变位移外部扰动欠驱动系统控制——吊车控制方案2实验录像变变变外欠驱动系统控制——吊车控制方案2实验录像欠驱动系统控制——电力电子系统但是欠驱动电力电子系统在系统结构上有所不同，这决定了针对该类欠驱动控制对象，可发掘有效的具体化控制设计策略。欠驱动电力电子系统也能通过变换得到系统的规范形式，即也能进行系统化设计得到稳定的控制系统；针对三相电压型PWM整流器系统的控制问题，下面将给出两种非线性控制方案，并分别进行实验验证。欠驱动系统控制——电力电子系统但是欠驱动电力电子系统欠驱动系统控制——三相PWM整流器1a-b-c坐标系下的系统模型d-q坐标系下的系统模型：系统模型欠驱动系统控制——三相PWM整流器1a-b-c坐标系欠驱动系统控制——三相PWM整流器1固有相频特固有幅频特性——系统的最小相位特性实验研究发现该系统是一个非最小相位系统！欠驱动系统控制——三相PWM整流器1固有相频特固有欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的最小相位特性理论证明瞬时输入功率电阻、电容耗能输出功率能量守恒欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的最小相欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的最小相位特性理论证明拉氏变换基尔霍夫定理小信号处理复平面的右半面有零点，系统是非最小相位系统。欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的最小相欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的欠驱动特性理论证明有冗余的系统方程最简系统方程欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的欠驱动欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的欠驱动特性理论证明控制量个数<系统状态量自由度个数欠驱动定义：考察控制量个数：控制变量矩阵求秩控制量个数欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的欠驱动欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的欠驱动特性理论证明控制量个数<系统状态量自由度个数欠驱动定义：考察状态量个数：能量守能基氏定理3个独立状态量独立于欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的欠驱动欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的欠驱动特性理论证明控制量个数<系统状态量自由度个数欠驱动定义：2个控制变量<3个独立状态量三相PWM整流器为欠驱动系统！！欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的欠驱动欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型理论扩展欠驱动三相PWM整流器可用系统化设计方法得到稳定的控制系统！系统的规范型基于规范型的系统化设计稳定的闭环控制系统欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型规范型推导系统模型输入耦合的欠驱动系统！欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型规范型推导相对于此输入耦合的欠驱动系统存在的全局可逆的控制变量：欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型基于规范型的控制稳定状态下：d-轴控制量稳态值q-轴控制量稳态值d-轴稳态电流值欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型基于规范型的控制令：选择Lyapunov函数：欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型基于规范型的控制代换Lyapunov函数：于是令：系统稳定！

欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型基于规范型的控制令：系统控制算法:欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型基于规范型的控制系统框图：欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型基于规范型的控制Simulink仿真图：欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型仿真实验仿真参数：交流侧电流PWM输入欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型仿真实验负载的电流有2A跃变为5Aa相的电流与电压输出响应有功功率与无功功率欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型仿真实验给定电压突降/突升a相的电流与电压

输出响应有功与无功输入电流欠驱动系统控制——三相PWM整流器1——系统的规范型欠驱动系统控制——三相PWM整流器1小结系统对于负载突变的干扰性良好，三相电流在极短的时间内回到稳态，输出电压的突变压降小于1V。稳态时，系统输入的无功功率接近为零。2.对于给定突变的干扰性，系统在半个周期内又回到了稳态。稳态时，系统输入的无功功率接近为零。

基于规范型的系统化设计方法能有效地对三相电压型PWM整流器这种欠驱动电力电子系统进行有效、稳定的控制！欠驱动系统控制——三相PWM整流器1小结系统对于负载欠驱动系统控制——三相PWM整流器2系统的拉格朗日模型一般形式系统模型欠驱动系统控制——三相PWM整流器2系统的拉格朗日模欠驱动系统控制——三相PWM整流器1状态变量——系统的无源特性知识准备系统是耗散的输入量输出量若存在：输入函数能量方程都有若存在：系统是无源的系统：欠驱动系统控制——三相PWM整流器1状态变量——系统欠驱动系统控制——三相PWM整流器2系统的拉格朗日模型一般形式无源性证明系统是无源的！欠驱动系统控制——三相PWM整流器2系统的拉格朗日模欠驱动系统控制——三相PWM整流器2——基于无源的控制控制算法1期望能量增量函数系统的EL模型控制算法方程加入阻尼欠驱动系统控制——三相PWM整流器2——基于无源的控欠驱动系统控制——三相PWM整流器2——基于无源的控制控制算法1系统框图系统的控制算法欠驱动系统控制——三相PWM整流器2——基于无源的控欠驱动系统控制——三相PWM整流器2Simulink仿真图：控制算法1——基于无源的控制欠驱动系统控制——三相PWM整流器2Simulink欠驱动系统控制——三相PWM整流器2——系统的规范型仿真实验负载的电流有2A跃变为5A给定电压突降/突升a相的电流与电压负载突变输出响应给定突变输出电压响应欠驱动系统控制——三相PWM整流器2——系统的规范型欠驱动系统控制——三相PWM整流器2小结1电流可近似为正弦波，系统功率因数接近1，但电流谐波比较大；

2.输出的电压是不可控的，其收敛速度仅由系统固有时间常数决定，所以负载时的输出电压的恢复时间明显较长；3.系统输出电压有一定超调。基于无源特性的控制方法有待该进！！欠驱动系统控制——三相PWM整流器2小结1电流可近似欠驱动系统控制——三相PWM整流器2——基于无源的控制控制算法2该进算法后的系统框图系统的控制算法欠驱动系统控制——三相PWM整流器2——基于无源的控欠驱动系统控制——三相PWM整流器2——基于无源的控制控制算法2Simulink仿真图欠驱动系统控制——三相PWM整流器2——基于无源的控欠驱动系统控制——三相PWM整流器2——系统的规范型仿真实验负载的电流有2A跃变为5A给定电压突降/突升a相的电流与电压负载突变输出响应给定突变输出电压响应欠驱动系统控制——三相PWM整流器2——系统的规范型欠驱动系统控制——三相PWM整流器2小结2系统a相电流与电压同相位，电流可近似为正弦波，系统功率因数接近1，但改进的无源控制器得到电流谐波成分相对于无源控制算法的电流谐波有减少。

2.比较两种算法的负载突变输出响应，由于无源算法中的输出的电压是不可控的，其收敛速度仅由系统固有时间常数决定，所以负载时的输出电压的恢复时间明显比改进的无源算法长。3.两种算法对给定电压突变的抗扰性都比较好。相对来讲，利用改进的无源算法系统输出电压超调比较小。

基于该进无源特性的控制方法的控制效果明显改善！欠驱动系统控制——三相PWM整流器2小结2系统a相电实物制作应注意的事项小结3注意主电路与控制电路之间的隔离，尤其是驱动与控制信号的隔离。

2.控制器的PCB板最好制成四层板(即除了顶层和底层外，添加了电源层和地层，模拟地和数字地放在一层)，双面板最好在顶层和底层都铺铜，分别与系统数字地线和电源线连接。注意铜膜的线宽与线距。4.所有连接DSP时钟模块的导线必须尽可能短。多用低通滤波器、去耦电容、小电感、磁珠以增加系统的抗干扰能力。实物制作应注意的事项小结3注意主电路与控制电路之间的隔离，尤主要内容导航欠驱动系统控制欠驱动系统概述结束语欠驱动系统建模主要内容导航欠驱动系统控制欠驱动系统概述结束语欠驱动系统建模结束语——小结给出了欠驱动系统的定义！简述了欠驱动系统的发展历史、应用研究、Benchmark、研究意义！阐述了欠驱动系统建模的一般方法以及其动力学的基本特征！介绍了欠驱动系统控制的系统化方案！细述了吊车系统（一种欠驱动机械系统）的两种非线性控制方案！细述了吊车系统（一种欠驱动机械系统）的两种非线性控制方案！归纳了欠驱动电力电子系统的一般形式！介绍了三相电压型PWM整流器（一种欠驱动电力电子系统）的非最小相位特性、欠驱动性和无源性！详述了根据整流器系统欠驱动性的系统化设计方案，以及基于无源特性的非线性控制方案！结束语——小结给出了欠驱动系统的定义！简述了欠驱动系统的发展结束语——展望1、不确定性和鲁棒性；2、输出反馈的稳定性和跟踪；3、有界控制输入的影响；4、微欠驱动系统；5、强/弱势场中的欠驱动系统。欠驱动系统未来的发展方向主要表现在以下方面:

结束语——展望1、不确定性和鲁棒性；2、输出反馈的稳定性和参考文献-1欠驱动机械系统学习基本学术论文1.M.W.Spong.Underactuatedmechanicalsystems.InternationalWorkshoponControlProblemsinRoboticsandAutomation,SanDiego,CAUSA.1997:1~15.2.M.W.Spong.PartialFeedbackLinearizationofUnderactuatedMechanicalSystems.Proc.IEEEInternationalConferenceonIntelligentRobotsandSystems,Munich,Germeny.1994:314~321.3.M.Reyhmoglu,A.vanderScbaft,N.H.McClamroch,etal.DynamicsandControlofaClassofUnderactuatedMechanicalSystems.IEEETransactionsonAutomaticControl.1999,44(9):1663~1671.4.高丙团，陈宏钧，张晓华.一类欠驱动机械系统的非线性控制，控制与决策，2006,21(1):104~106,110.5.高丙团，陈宏钧，张晓华.欠驱动机械系统的三类级联规范型，控制与决策，2006,21(6):685~688.6.高丙团，陈宏钧，张晓华.欠驱动机械系统的非线性控制综述.电机与控制学报,2006,10(5):541~546.参考文献-1欠驱动机械系统学习基本学术论文参考文献-27.XiaohuaZhang,

BingtuanGao,andHongjunChen.NonlinearControllerforaGantryCraneBasedonPartialFeedbackLinearization.InternationalConferenceofControlandAutomation.Budapest,2005:1074~1078.8.BingtuanGao,HongjunChen,XiaohuaZhang,andHaimingQi.APracticalOptimalControllerforUnderactuatedGantryCraneSystems.1stSymposiumofSystemandControlofAerospaceandAeronatics.Harbin,2006:720~725.9.向博，高丙团，张晓华.桥式吊车的滑模变结构控制.控制工程.2006.13(5):426~428,468.10.A.D.LewisandR.M.Murray.ConfigurationControllabilityofSimpleMechanicalControlSystems.SIAMReview.1999,41(3):555~574.11.J.A.Acosta,RomeoOrtega,A.Astolfi,etal.InterconnectionandDampingAssignmentPassivity-BasedControlofMechanicalSystemswithUnderactuationDegreeOne.IEEETransactionsonAutomaticControl.2005,50(12):1932~1955.12.A.Shiriaev,J.W.Perram,andC.Canudas-de-Wit.ConstructiveToolforOrbitalStabilizationofUnderactuatedNonlinearSystems:VirtualConstraintsApproach.EEETransactionsonAutomaticControl.2005,50(8):1164~1176.参考文献-27.XiaohuaZhang参考文献-3

欠驱动电力电子系统学习基本学术论文1.R.Ortega,A.Loria,P.J.Nicklasson,andH.Sira-Ramirez.Passi