转台系统混合灵敏度设计及对象输入端扰动补偿研究

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近些年来,现代鲁棒控制理论得到了越来越多的关注和应用。H_∞控制是解决不确定性系统鲁棒问题的一个非常有效的方法,很多控制问题都可以转化为标准的H_∞控制问题。H_∞混合灵敏度法本质上是一种频域设计方法,相对于鲁棒控制器的阶次较高的弱点,混合灵敏度法设计的系统阶次较低。这也是混合灵敏度法得到较多应用的原因。本文主要是以转台为背景,对混合灵敏度最优设计法在对象输入端扰动系统中的应用进行了研究,提出了混合灵敏度和扰动补偿器结合的系统设计思想。本文首先对不确定性系统进行了模型分析,给出了常见的两种模型的建模方法以及摄动界的建模,重点研究了线性不确定系统的频域建模。同时对非参数化不确定性系统进行了鲁棒性分析,在此基础上引入了标准H_∞控制。H_∞混合灵敏度设计作为一种常用的鲁棒控制器设计方法,在本文的系统设计中进行了详细的分析和应用。本文重点讨论了混合灵敏度设计中的加权函数的选择方法以及系统鲁棒稳定性和鲁棒性能。在理论上对混合灵敏度设计的出发点是针对对象输出端扰动的观点进行了论证,同时分别给出了对象输出端扰动系统和对象输入端扰动系统鲁棒性保证的H_∞范数条件。在对转台对象运用混合灵敏度设计进行控制器设计的基础上,本文为了进一步提高系统的对象输入端扰动抑制能力,将扰动观测器引入到该控制系统中。重点讨论了扰动观测器的设计方法,同时对加入观测器的系统的鲁棒稳定性条件进行了推导,给出了其H_∞范数条件。并通过仿真验证了系统的鲁棒稳定性。最后针对转台系统表现出来的由力矩电机产生的周期性力矩扰动进行了分析,并通过仿真验证了混合灵敏度法和扰动观测器结合设计的系统对波动力矩的抑制能力。
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