H∞鲁棒控制问题的一般性描述

Robust Control System:反馈控制具有承受某一类不确定影响的能力,即在这一类不确定条件下具有保持(系统)稳定性、动态特性(灵敏度)和稳态特性(渐进调节)的能力。


非结构不确定性(Unstructured Uncertainty),如外界扰动带来的影响——H∞控制(本文的内容)

结构不确定性(Structured Uncertainty)如系统参数的不确定性变化——μ分析与μ综合


标准鲁棒控制问题的一般模型(双端子模型)即下线性分式变换形式:

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G为增广控制对象;K控制器;u是控制输入;y是被测量输出或对象输出(u和y分别是系统传递函数或者状态空间里的输入和输出);w是外部输入或参考输入,如:扰动、噪声;z是被控制的输出。

对应的增广状态方程为:

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可记为:

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传递函数为:

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可见由w到z的闭环传递函数为:H∞鲁棒控制问题的一般性描述

由此传递函数可得到闭环系统的框图也可以绘制成如下形式:

H∞鲁棒控制问题的一般性描述H∞鲁棒控制问题的一般性描述
鲁棒控制要解决的问题就是设计出一个真实有理镇定控制器H∞鲁棒控制问题的一般性描述使得闭环系统内稳定,且满足:
1)标准H∞鲁棒控制问题的一般性描述控制问题:H∞鲁棒控制问题的一般性描述
2)H∞鲁棒控制问题的一般性描述最优控制问题:H∞鲁棒控制问题的一般性描述
3)H∞鲁棒控制问题的一般性描述最优控制问题:H∞鲁棒控制问题的一般性描述
      H∞鲁棒控制问题的一般性描述优控制问题:H∞鲁棒控制问题的一般性描述H∞鲁棒控制问题的一般性描述是一个正实数。

1、干扰抑制(最小灵敏度)问题 =>鲁棒标准问题

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H∞鲁棒控制问题的一般性描述(即灵敏度函数H∞鲁棒控制问题的一般性描述
问题:H∞鲁棒控制问题的一般性描述

2、鲁棒镇定问题=>鲁棒标准问题

     1)加性不确定系统

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广义控制对象H∞鲁棒控制问题的一般性描述
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2)乘性不确定系统

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广义控制对象H∞鲁棒控制问题的一般性描述
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问题:寻找控制器K,镇定G,且满足H∞鲁棒控制问题的一般性描述

3、跟踪问题=>鲁棒标准问题

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假设r是一能量有限的输入信号H∞鲁棒控制问题的一般性描述
已知P和W,设计控制器C1和C2,使使系统内稳定,且v尽可能好地跟踪r
为保证存在最优的真实有理控制器,取目标函数(H∞鲁棒控制问题的一般性描述是加权控制能量项)
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取:
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问题:寻找控制器K,镇定G,且满足H∞鲁棒控制问题的一般性描述

4、模型匹配问题=>鲁棒标准问题

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T1是一个模型,设计参数Q式模型T2QT3匹配T1,由第二个图可以得到:
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5、混合灵敏度问题=>鲁棒标准问题

系统原图参考最小灵敏度问题
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前面讲了灵敏度函数H∞鲁棒控制问题的一般性描述,补灵敏度函数H∞鲁棒控制问题的一般性描述,从控制对象的鲁棒稳定性出发,要求补灵敏度越小越好,但是从扰动个信号w对输出y的影响来说,要求灵敏度越小越好,但两者又是相互矛盾的,所以这就需要有个折中。
考虑到一般扰动信号具有低频性,而模型的不确定性一般是由于忽略了高频动力学特性引起的,所以所以下式中的Q1和Q2一般没有交集,故很难求得满足下式的控制器。
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故引入加权函数W1和W2,分别作为Q1和Q2的权,控制器的条件可以写成:
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广义控制对象
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问题:
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