带有输入延时的伺服系统鲁棒控制设计

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本文以转台伺服系统为背景,分析系统中输入延时的特性,并在考虑模型摄动对系统产生影响的基础上,运用鲁棒控制理论研究了转台伺服系统的控制器综合问题。首先,针对转台伺服系统,分析并确定了系统的总体结构。推导了矢量控制型永磁同步电机的数学模型,详细分析了系统模型中可能存在的不确定性及产生原因,并采用最小二乘法的原理对被控对象的模型参数进行辨识,得到系统标称被控对象的参数化模型。对被控对象模型中的不确定性进行了,针对设计中主要考虑的输入延时和高频未建模动态,建立了非结构化乘性不确定性模型。其次,针对不确定性系统的鲁棒控制问题,基于H∞控制理论中性能指标与鲁棒稳定的关系,给出了H∞标准问题的描述。为了减小含有多摄动系统在标准H∞设计时的保守性,引入结构奇异值的理论,并给出了设计中加权函数的选取和调整原则。在此基础上,运用μ分析与综合的控制理论推导了系统具有鲁棒稳定性和鲁棒性能的充要条件,并将其描述为矩阵结构奇异值的不等式的形式,给出了μ分析与综合的基本框架结构和μ综合控制器的计算方法和步骤。最后,以转台伺服系统为背景,描述系统设计的基本问题和指标要求,建立转台系统设计的μ分析框架结构。根据加权函数的选取原则,选取适当的加权函数。运用Matlab中μ分析与综合工具箱设计出鲁棒控制器,理论分析和实验结果表明系统具有良好的鲁棒性能。
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