具有性能指標要求的重復控制系統(tǒng)設計研究.pdf

1、在控制系統(tǒng)實踐中，經(jīng)常需要對僅周期已知的未知周期性外激勵信號進行高精度跟蹤或抑制。重復控制方法是解決這類控制問題的有效方法。該方法基于內(nèi)模原理，通過在控制器中引入一個時延正反饋環(huán)節(jié)，利用時滯環(huán)節(jié)的記憶特性不斷累積誤差信息進行反復學習，從而使系統(tǒng)能夠穩(wěn)態(tài)無差地跟蹤或抑制周期己知的任意周期信號。由于重復控制方法具有控制精度高，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)等優(yōu)點，自提出以來已被廣泛應用于機器人、硬盤磁頭定位、車削加工等各種具有周期外激勵信號的高精度控制

2、系統(tǒng)中，取得了良好的控制效果并顯示出廣泛的適用性。
　　 本文針對重復控制的研究現(xiàn)狀，圍繞具有性能指標要求的重復控制系統(tǒng)設計展開研究，以期改進現(xiàn)有的研究結(jié)果，并推廣該方法的應用范圍。本文的主要創(chuàng)新性成果包括：
　　 1、提出一種優(yōu)化的重復控制系統(tǒng)設計方法。首先，對重復控制器中時滯環(huán)節(jié)的時延進行修正，以補償由于低通濾波器的引入所帶來的相位滯后，進而提高系統(tǒng)在參考/干擾信號基頻處的增益，增強系統(tǒng)對基頻信號的跟蹤/抑制能力；其

3、次，在重復控制器中加入超前校正環(huán)節(jié)，不僅拓寬了低通濾波器的帶寬，而且提高了系統(tǒng)的高頻增益，使得系統(tǒng)在高次諧波處的性能得以大幅提升。重復控制器的參數(shù)通過求解兩個優(yōu)化問題得到。在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，該設計方法最大限度地提升了系統(tǒng)的性能。
　　 2、研究了一類具有時變輸入時滯系統(tǒng)的重復控制器設計方法。首先，基于已有的文獻，設計一個僅僅依賴于時滯變化速率的狀態(tài)反饋控制器，使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，而且干擾的影響降到一個理想的水平；其次，通過組

4、合反饋穩(wěn)定后的系統(tǒng)以及重復控制器的狀態(tài)向量，推導并以線性矩陣不等式(LMI)的形式給出增廣系統(tǒng)的時滯依賴穩(wěn)定條件；接下來，通過重構(gòu)穩(wěn)定條件中的LMI，將重復控制器的設計問題轉(zhuǎn)化為一個受LMI約束的優(yōu)化問題，從而利用已有的LMI軟件包方便地求解。
　　 3、研究了不確定離散系統(tǒng)的保性能重復控制。系統(tǒng)中的不確定性假定為范數(shù)有界且時變的。所要的解決問題是提出一種新穎的設計方法，使得對所有容許的不確定性，閉環(huán)重復控制系統(tǒng)不僅二次穩(wěn)定，而

5、且能保證一定的性能指標。針對狀態(tài)向量或系統(tǒng)輸出是否可測的不同情形，探討了三種控制技術：狀態(tài)反饋控制、基于觀測器的控制以及輸出反饋控制。以LMI的形式推導出保性能控制律存在的充分條件，控制器參數(shù)由這些LMI的可行解所刻畫。最優(yōu)保性能控制律通過求解一個受LMI約束的優(yōu)化問題而得到。
　　 4、分別針對不確定離散和連續(xù)系統(tǒng)，提出一種基于二維模型的保性能重復控制設計方法。首先探討如何將重復控制方案等價地轉(zhuǎn)化為一類二維系統(tǒng)模型的形式，從而