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多目标鲁棒优化控制的仿真研究

作　者: 毛雪珍
导　师: 颜文俊
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 鲁棒控制多目标控制 CSCAD 建模仿真
分类号: TP13
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 342次
引　用: 2次
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内容摘要

随着科学技术的发展,各种控制系统日趋复杂,控制要求也越来越高,为了更好地稳定系统和提高工作效率,人们提出了许多关于多目标鲁棒控制的方法。迄今为止,鲁棒控制发展了将近80年,已经出现了许多控制方法,如H_∞、μ集成等,它们己在控制工程中得到了广泛的应用,而最近20年发展起来的多目标优化控制也取得了巨大的发展。如混合H₂/H_∞控制已广泛应用在工业、交通、航天等领域。在鲁棒控制和多目标控制发展的同时,控制系统计算机辅助设计CSCAD也不断推陈出新。针对多变量系统,控制界的学者们推出了许多将不同控制策略结合进去的CSCAD软件包或仿真平台。本文以多变量线性时不变（LTI）系统为研究对象,运用多通道设计思想,对多目标鲁棒优化控制方法进行了比较深入的研究,并以该设计方法为基础,开发了仿真平台Motools。本文的主要贡献有: 1.较全面、系统地阐述了鲁棒控制、多目标控制和CSCAD的产生原因和发展过程,对目前鲁棒和多目标优化控制的许多有代表性的方法做了简要的介绍,并对它们的优缺点进行了讨论。此外,对CSCAD的国内外发展情况进行了比较。 2.在文中所介绍的理论和方法的基础上,进行了一系列仿真软件研制,并取得到了如下的成果。 1) 用状态方程表示多变量系统,描述了增广系统的构成方式,并讨论了平衡实现与模型降阶的方法,在这些方法基础上开发了Motools的建模和模型降阶两个功能模块。 2) 详细地讨论了多变量时域和频域分析方法,并以此为设计前提,开发了软件包的许多分析方法,如在鲁棒控制中比较有用的奇异值分解。 3) 阐述了鲁棒分析和集成的概念,讨论了几种基于输出反馈的鲁棒控制方法,并将这些控制方法融合到Motools中,以便对同一个模型选择不同的控制方法,进行设计和比较。 3.提出了基于输出反馈的以多通道为设计思想的多目标控制方法:

全文目录

致谢  2-3
摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-21
  1.1 研究领域简介  10-16
    1.1.1 鲁棒控制的历史和发展  10-12
    1.1.2 多目标控制的发展  12-14
    1.1.3 控制系统计算机辅助设计的发展历史  14-16
  1.2 本文的研究意义  16-17
  1.3 全文概貌  17-21
第二章多变量系统的数学模型  21-30
  2.1 状态空间数学模型  21-22
  2.2 增广对象P  22-24
  2.3 包含权值函数的增广对象P  24-26
  2.4 闭环系统N  26-27
  2.5 Motools的建模功能  27-30
第三章模型降阶  30-43
  3.1 简介  30
  3.2 截取和保留  30-32
  3.3 平衡实现  32-33
  3.4 平衡截取和平衡保留  33
  3.5 最优Hankel范数近似  33-35
  3.6 模型降阶举例  35-38
  3.7 Motools的模型降阶  38-43
第四章多变量系统的能控性和能观性  43-52
  4.1 状态能控性  43-44
  4.2 状态能观性  44
  4.3 系统结构分解  44-46
  4.4 对角化与Jordan标准型  46-48
  4.5 能控规范型  48
  4.6 Motools的View功能  48-52
第五章多变量系统的时域和频域分析  52-61
  5.1 奇异值分解  52-53
  5.2 极点与零点  53
  5.3 Bode图和奈奎斯特图  53-54
  5.4 根轨迹图  54
  5.5 时域响应性能  54-55
  5.6 Motools的分析模块  55-61
第六章鲁棒控制器集成  61-84
  6.1 输出反馈控制  61-62
  6.2 H_2和H_∞范数  62-63
  6.3 标准的鲁棒控制问题  63-64
  6.4 结构与非结构不确定性  64-66
  6.5 系统鲁棒分析  66-68
  6.6 鲁棒控制系统的设计方法  68-79
    6.6.1 H_2和H_∞设计方法  69-71
    6.6.2 奇异值回路设计：混合灵敏方法  71-75
    6.6.3 μ综合问题  75-76
    6.6.4 LQG控制  76-78
    6.6.5 PID控制  78-79
  6.7 Motools的控制器集成  79-84
第七章基于LMI的多目标优化控制  84-107
  7.1 多通道表示的模型  84-85
  7.2 系统增益指标  85-88
  7.3 H_∞，H_2，GH_2和GL_2性能  88-92
    7.3.1 H_∞性能  88-89
    7.3.2 H_2性能  89-90
    7.3.3 GH_2性能  90-91
    7.3.4 GL_2性能  91-92
  7.4 区域极点配置  92-95
  7.5 变量的线性转换  95-97
  7.6 全阶控制器集成的LMIs  97-100
    7.6.1 H_∞集成  98
    7.6.2 H_2集成  98
    7.6.3 GH_2集成  98-99
    7.6.4 GL_2集成  99-100
  7.7 Motools的多目标控制模块  100-107
    7.7.1 多目标鲁棒控制模块  101-104
    7.7.2 控制系统评价模块  104-105
    7.7.3 GL_2集成参数分析  105-107
第八章优化、评估和仿真  107-111
  8.1 控制器优化  107-108
  8.2 评估  108-109
  8.3 仿真  109-111
第九章 Motools的实例应用  111-117
  9.1 混合H_∞／H_2控制实例：汽车四轮转向系统设计  111-114
  9.2 混合GH_2／H_2控制实例  114-115
  9.3 混合GL_2／H_2控制实例  115-117
第十章结束语  117-119
  10.1 论文总结  117-118
  10.2 后继工作和展望  118-119
参考文献  119-125
附录  125

多目标鲁棒优化控制的仿真研究

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