| 【中文题名】 | H_∞鲁棒控制理论及其在二级倒立摆中的应用 |
| 【英文题名】 | H_∞ Robust Control Theory and Its Application to Double Inverted Pendulum System |
| 【学科专业】 | 控制理论与控制工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2003-7-18 |
| 【中关键词】 | H_∞控制,状态反馈,二级倒立摆,鲁棒稳定性,Riccati方程, |
| 【英关键词】 | H_∞,control,State-feedback,Double inverted pendulum,Robustness,Riccati function, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化基础理论>自动控制理论>> |
| 【论文摘要】 |
本文对H_∞标准设计问题和H_∞状态反馈控制方法做了较为详细的研究和讨论，系统总结了干扰抑制问题，参数不确定系统H_∞鲁棒控制的设计方法，并利用该方法对二级倒立摆系统进行了H_∞控制器设计。
二级倒立摆控制是一个异常复杂而又对准确性、快速性要求很高的非线性不稳定系统控制问题。显然对一个典型的非线性、不稳定系统的研究成果无论在理论上或是在方法论上都有重要的意义，而二级倒立摆数学模型的建立对研究其稳定性具有指导作用。本文从刚体运动学角度分析了二级倒立摆系统的运动，并利用有关动力学基础知识和倒立摆实验装置的实际数据对二级倒立摆系统进行了数学模型的建立。然后采用基于Riccati方程的H_∞状态反馈控制理论为二级倒立摆系统设计状态反馈控制器。使用这用方法，其关键在于倒立摆系统增广矩阵中C_1、D_(12)阵和Riccati方程中γ值的选择，以及Riccati方程的求解方法。本文从实验的角度给出了C_1、D_(12)阵和γ值的选择原则和方法。此外，给出了一种利用Matlab环境编程求解Riccati方程的方法。本文给出了鲁棒控制器并通过仿真的手段对所得的闭环系统进行了分析。结果表明，利用本方法所设... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
3-4 |
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Abstract |
4-8 |
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第1章 引言 |
8-12 |
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1.1 鲁棒控制理论的起源与发展 |
8-10 |
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1.2 研究课题的提出 |
10-11 |
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1.3 论文的结构 |
11-12 |
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第2章 H_∞标准设计问题及状态反馈H_∞控制设计方法 |
12-18 |
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2.1 鲁棒控制基本概念 |
12-14 |
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2.2 H_∞鲁棒控制基础理论 |
14 |
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2.2.1 H_∞鲁棒控制理论的概念 |
14 |
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2.2.2 H_∞鲁棒控制理论的特点 |
14 |
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2.3 H_∞标准设计问题 |
14-16 |
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2.4 状态反馈H_∞控制设计方法 |
16-18 |
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2.4.1 基于Riccati不等式的状态反馈解 |
16-17 |
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2.4.2 基于Riccati方程的状态反馈解 |
17 |
|
2.4.3 基于LMI的状态反馈解 |
17-18 |
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第3章 二级倒立摆系统数学模型的建立 |
18-22 |
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3.1 二级倒立摆系统描述 |
18 |
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3.2 二级倒立摆平衡系统的数学模型 |
18-22 |
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第4章 二级倒立摆系统H_∞控制器的设计及仿真 |
22-41 |
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4.1 有干扰信号作用且系统模型参数不摄动 |
22-27 |
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4.1.1 干扰抑制问题 |
22-23 |
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4.1.2 干扰抑制状态反馈控制器的设计和仿真 |
23-26 |
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4.1.3 阶跃参考输入信号下倒摆系统的仿真 |
26-27 |
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4.2 有干扰信号作用且系统模型参数摄动 |
27-41 |
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4.2.1 参数不确定系统的H_∞鲁棒控制 |
27-31 |
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4.2.2 小车滑动摩擦系数摄动情况下系统控制器设计及仿真 |
31-34 |
|
4.2.3 小车滑动摩擦系数摄动情况下系统阶跃输入响应曲线 |
34-35 |
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4.2.4 多项参数摄动情况下系统控制器设计及仿真 |
35-38 |
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4.2.5 多项参数摄动情况下系统阶跃输入响应曲线 |
38-41 |
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第5章 倒立摆控制系统硬件及软件设计 |
41-50 |
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5.1 倒立摆机械系统 |
41 |
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5.2 倒立摆控制系统 |
41-47 |
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5.2.1 控制系统的硬件结构 |
42-43 |
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5.2.2 控制系统的软件设计 |
43-47 |
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5.3 实验结果及分析 |
47-50 |
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第6章 结论 |
50-51 |
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攻读学位期间公开发表的论文 |
51-52 |
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致谢 |
52-53 |
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参考文献 |
53-55 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.386789 |
