基于LMI的H∞控制在电液力控制系统中的应用研究

摘要

现代液压伺服控制，普遍存在一定程度的参数变化和负载干扰的影响，对于力控制系统，由于其传递函数分子上比位置控制系统、速度控制系统多了一个二阶微分环节，这不仅影响系统的频宽，而且易使系统特性趋于振荡甚至不稳定，因此设计出高精度、强鲁棒性的控制系统的要求越来越迫切了。
　　本文以电液力控制系统为背景，将H∞控制理论应用于液压系统。首先通过传统的线性化方法建立电液力控制系统的传递函数，为使其更加接近于实际系统，建立系统的非线性模型，并分析各参数的变化对系统性能的影响。在此基础上应用线性矩阵不等式理论设计系统 H∞控制器以减小参数变化对系统的影响，提高系统性能。
　　电液力控制系统的控制问题易出现奇异现象，而传统的H∞控制理论无法解决奇异问题，因此应用基于线性矩阵不等式(LMI)的H∞控制理论。本文给出了基于线性矩阵不等式法的H∞控制器的具体推导过程以及设计方法，同时给出了一般权函数的选取原则。由于设计出来的H∞控制器的阶次太高，因此对其进行降阶处理，使其易于实现。
　　本文还运用经典控制理论设计 PID控制器，然后分别从提高系统的频宽、抗干扰能力以及对系统鲁棒性的提高等方面考虑，通过仿真与实验对H∞控制器和PID控制器作了比较分析。结果表明，H∞控制作用下的系统能够达到更高的频宽和更强的鲁棒性。同时，在频域上对两者的特性进行分析，解释了H∞控制与PID控制性能不同的原因。

目录

基于LMI 的H∞控制在电液力控制系统中的应用研究

THE APPLICATION AND RESEARCH OF LMI-BASED H-INFINITY CONTROL IN ELECTRIC HYDRAULIC FORCE CONTROL SYSTEM

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪论

1.1 课题来源及研究目的和意义

1.2 电液伺服系统控制策略研究现状

1.3 鲁棒控制理论

1.4 本论文的主要研究内容

第2 章 系统的建模与分析

2.1 电液力控制系统的数学模型

2.2 电液力控制系统的非线性建模

2.3 电液力控制系统参数的确定

2.4 参数变化对系统的影响分析

2.5 本章小结

第3 章 基于LMI 的H∞控制器的设计与仿真

3.1 标准H∞控制问题

3.2 电液力控制系统的鲁棒稳定性及鲁棒性能

3.3 线性矩阵不等式

3.4 H∞控制器的设计

3.5 传统PID 控制器的设计

3.6 系统仿真分析与比较

3.7 本章小结

第4 章 实验分析

4.1 实验系统的搭建

4.2 实验分析比较

4.3 本章小结

结 论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

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致 谢