电动静液作动器非线性框图建模与鲁棒控制方法

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于非仿射非线性模型的ACDC系统H∞鲁棒控制器设计

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计鲁棒控制器：首先采用逆系统方法对不含扰动量的交直流联合输电系统进行反馈线性化, 然后应用线性 H∞ 控制理论设计鲁棒控制器. 暂不考虑外扰, 对式 (6) 两边求三阶导数得
D V1 V2 ω ˙ 12 − F cos δ12 · ω12 − H X √ 3 2 Vdr (−Rd Idr + F Var cos α − LdrΣ π 3 xr Idr − Vc ) (9) π ω0 ω0 + , Vdr 为常值 (直流电压). 由式其中 F = H1 H2 (7) 得 y1
H ∞ Robust Control of AC/DC Systems with Non-aﬃne Nonlinear Model
TANG Hong-Hai1 LI Chun-Wen1 Abstract The H∞ robust controller design of AC/DC power system is investigated in this paper. Firstly, a novel ﬁfth-order uncertain non-aﬃne nonlinear model is put forward. The proposed model can describe both the dynamics of DC and AC systems. Then, an H∞ robust controller is constructed by employing the texonomy design principle. It is shown that through the ﬁring angle control of the DC system converters, the stability can be improved and the robust performance can be guaranteed. Simulation results illustrate the eﬀectiveness of the proposed control strategy. Key words AC/DC power system, non-aﬃne nonlinear system, feedback linearization, H∞ robust control

电力系统非线性自适应鲁棒控制研究_博士学位论文

电力系统非线性自适应鲁棒控制研究摘要电力系统是一个强非线性、多维、动态大系统。

随着大型电力系统互联的发展以及各种新设备的使用，在使发电、输电更经济、高效的同时，也增加了电力系统的规模和复杂性，从而暴露出很多威胁电力系统安全、经济、稳定运行的动态问题（如电力系统低频振荡、汽轮机和发电机的次同步扭转振荡）。

电力系统一旦失去稳定，其暂态过程极快，处理不当可能很快波及全系统，往往造成大范围、较长时间停电，给国民经济和人民生活造成巨大损失和严重危害，在最严重的情况下，则可能使电力系统崩溃和瓦解。

在这些情况下，研究和实现相应的稳定控制措施，不但可以提高系统运行的可靠性，而且可以因传输能力的提高而产生直接经济效益。

近年来，随着微型计算机和现代控制理论的不断进展，各种先进的控制方法也在电力系统控制方面得到了广泛应用。

它们在提高电力系统性能的同时，也为解决上述问题提供了各种各样的途径。

本文针对电力系统的非线性模型，采用backstepping方法，研究了电力系统励磁、汽门以及各种FACTS控制等一系列稳定控制问题。

本文工作是将先进控制方法应用到电力系统的进一步尝试，其最突出的特点是：1．发展了backstepping设计方法，针对实际系统中常常存在的参数不确定性、未建模动态以及未知干扰，在backstepping设计步骤中融合进非线性L增益干扰抑制理论，设计出使系统稳定的非线性自适应鲁棒控制器。

简明的2设计方法、优良的设计策略使得所设计的相应的控制方案更具广泛的适用性。

2．本文成功将上述结果推广到单/多机电力系统励磁、汽门以及各种主要的FACTS控制稳定中。

所考虑的电力系统模型均为更贴近实际的非线性鲁棒模型。

其中汽门开度的全程控制，励磁与汽门综合控制的系统模型均使用了四阶，包含两个输入。

主要FACTS控制的系统模型均未忽略其本身的动态过程。

这种设计方法在以前的文献中很少见到。

从而使所设计的结果更具有实用性。

通过理论分析及仿真证明所得控制器确实具有优良的性能。

非线性系统的鲁棒控制及其应用

非线性系统的鲁棒控制及其应用非线性系统是指其系统变量之间的关系呈现出非线性的特征，其物理意义在我们日常生活中无处不在，例如气候系统、生态系统、经济系统等。

然而，由于非线性系统具有高度的复杂性和不可预测性，其控制与实现一直是控制领域的难点和研究热点。

针对非线性系统的鲁棒控制方法在近年来被广泛研究，其所控制的非线性系统能够在干扰和不确定性的作用下依旧能够实现稳定的控制，被广泛应用在现代工业与科学中。

一、鲁棒控制的基本概念鲁棒控制方法是一种针对非线性系统的控制技术，其核心思想是在非线性控制系统的设计中考虑干扰和不确定性因素，从而增强控制系统的稳定性。

其主要构想为：通过给定控制环节引入干扰和参数的不确定性，从而能够将根据给定的控制目标控制系统的输出控制在预定的范围之内。

从控制论的角度来理解鲁棒控制，鲁棒控制是一种基于系统自身特性变化的控制方法。

因控制对象的物理意义多为一些复杂的非线性系统，而这些非线性系统一般包括了大量的未知动态元素或噪声干扰，使得无法以对问题的精确的数学模型来描述或分析其特征和行为，因而在实际控制系统中通常出现各种意外的干扰和不同的不确定因素。

在这样的背景下，如何在控制过程中快速、准确、高效地处理这些因素显得尤为重要。

因此鲁棒控制方法逐渐成为一种非常有利于解决这类问题的控制技术，其通过将控制器设计的过程中考虑多种影响控制器性能并对其进行优化，从而提高控制器的鲁棒性，使其能充分适应所需要控制的对象，从而实现系统的稳定控制。

二、鲁棒控制方法的系统结构鲁棒控制系统的核心思想是让系统控制器能够追踪所需要控制系统所需输出的组合信号，同时它可以调节系统中特定的元素来达到满足特定要求的目标。

鲁棒控制系统通常包括三个主要的部件：鲁棒控制器、非线性动态系统和外部环境。

1.鲁棒控制器鲁棒控制器是控制系统中的核心部件，其功能是处理从系统中所传输出来的信号，同时通过相关的数学算法和理论来优化动态调整控制系统的实际性能并追踪系统的输出。

非线性电机系统鲁棒控制方法研究

非线性电机系统鲁棒控制方法研究一、引言非线性电机系统的鲁棒控制是电机控制中的重要研究方向。

非线性电机系统由于具有不确定性、非线性和复杂性等特点，传统的控制方法往往难以满足鲁棒性要求。

因此，针对非线性电机系统的控制问题，研究鲁棒控制方法具有重要的理论和实际意义。

本文将围绕非线性电机系统鲁棒控制方法展开研究，探索适用于非线性电机系统的鲁棒控制策略，以提高电机系统的性能和控制精度。

二、非线性电机系统的特点与建模非线性电机系统一般由磁场方程、电流方程、运动方程和转子动态方程等数学模型组成。

与线性电机系统相比，非线性电机系统具有以下特点：1. 不确定性：非线性电机系统中存在参数不准确、外部干扰等不确定性因素，使得控制过程充满挑战性。

2. 非线性：系统中的非线性因素如饱和、磁滞、摩擦等导致系统的输出与输入之间不是线性关系。

3. 复杂性：非线性电机系统通常包含多个耦合的动态过程，导致系统难以建模和控制。

建立准确的非线性电机系统模型是进行鲁棒控制方法研究的前提。

常用的建模方法有物理建模和统计建模两种。

物理建模方法通过对电机系统的物理特性进行建模，包括电机的电气特性、磁特性、机械特性等。

统计建模方法则基于实验数据对电机系统进行建模和参数辨识。

根据实际需求和研究目的，选择合适的建模方法对非线性电机系统进行描述和分析。

三、非线性电机系统鲁棒控制方法的研究现状目前，对于非线性电机系统的鲁棒控制方法，已经涌现出了多种有效的策略，包括传统的PID控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等。

下面我们将针对这些方法进行综述。

1. PID控制方法PID控制是一种传统的控制方法，通过设置比例、积分和微分三个参数来调节系统的控制性能。

在非线性电机系统中，PID控制方法能够实现对系统稳态和动态性能的调节。

然而，由于非线性电机系统的复杂性和不确定性，传统PID控制方法的应用效果较为有限。

2. 自适应控制方法自适应控制方法通过在线辨识系统模型和参数，自动调节控制器参数以适应系统的变化。

天津大学环境能源工程考研复习辅导资料及导师分数线信息

天津大学环境能源工程考研复习辅导资料及导师分数线信息天津大学环境能源工程考研科目包括政治、外语、数学一以及理论力学、机械原理与机械设计、内燃机原理、工程热力学、化工原理。

主要研究方向分为五个研究方向，考生可以根据自己确定的研究方向进一步了解考试科目信息。

专业代码、名称及研究方向考试科目备注0807J1环境能源工程010807J1020807J1030807J1040807J1050807J1 ①101思想政治理论②201英语一或202俄语或203日语或240德语③301数学一④801理论力学①101思想政治理论②201英语一或202俄语或203日语或240德语③301数学一④803机械原理与机械设计①101思想政治理论②201英语一或202俄语或203日语或240德语③301数学一④804内燃机原理①101思想政治理论②201英语一或202俄语或203日语或240德语③301数学一④805工程热力学①101思想政治理论②201英语一或202俄语或203日语或240德语③301数学一④826化工原理天津大学环境能源工程专业近两年考研录取情况院（系、所）专业报考人数录取人数环境能源工程无无机械工程学院（2012年）环境能源工程 2 0 机械工程学院（2013年）天津大学环境能源工程2013年报考人数为2人，录取人数0人。

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双控制回路电静液作动器建模及控制器设计

收稿日期：2016-01-05修回日期：2016-02-19作者简介：张振（1988-），男，山西高平人，博士生。

研究方向：机载及弹载作动器一体化集成设计与控制。

摘要：针对典型电静液作动器存在响应速度较慢的问题，将伺服阀引入其中，采用压力和位置双控制回路体系，阐述了其工作原理和建立了数学模型。

同时作动器作为参数不确定性和外负载力变化的系统，在压力控制回路中，考虑其不确定性范围和性能指标要求基础上，基于定量反馈理论（QFT ）设计了压力控制器。

在位置控制回路中，运用动态压力校正伺服阀流量，消除外负载力的影响；并把位置误差引入压力控制回路，以提高其响应速度。

仿真结果表明，其综合性能较好且便于工程实现。

关键词：电静液作动器，伺服阀，定量反馈理论，动态压力校正，前馈控制中图分类号：TH137文献标识码：A双控制回路电静液作动器建模及控制器设计张振，李海军，胡卫强（海军航空工程学院，山东烟台264001）Modeling and Controller Design forDual Control Circuit Electro-hydrostatic ActuatorZHANG Zhen ，LI Hai-jun ，HU Wei-qiang（Naval Aeronautical and Astronautical University ，Yantai 264001，China ）Abstract ：Aiming at the problem of slow response speed which existed in the typical electro-hydro-static actuator （EHA ），servo valve is introduced and adopt dual control circuit system with pressure and position ，de-scribes the operating principle and creates the mathematic model.Meanwhile as a system which the parameter uncer-tain and external load change ，considers both the uncertainty rang and the performance indexes of the pressure control circuit ，pressure controller is designed based on Quantitative Feedback Theory （QFT ）.Apply to dynamic pressure modifying the flow rate of the servo valve and eliminate effects of external load in the position control circuit ，the posi-tion error is added to the pressure control circuit to increase the dynamic response of the pressure control circuit.The simulation results showed that the dual control circuit actuator is perfect in comprehensive performance and easy engi neering practice.Key words ：EHA ，servo valve ，QFT ，dynamic pressure modifying ，feed-forward control 0引言未来飞机对作动系统性能要求的不断提高，使得作动系统向功率电传方向发展，而电静液作动器是其实现的一种重要形式［1-6］，相关研究见文献［7-15］。

一种电静液作动器的控制方法及系统[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010025405.6(22)申请日 2020.01.10(71)申请人北京航空航天大学地址 100191 北京市海淀区学院路37号(72)发明人王兴坚　沈友昊　王少萍　张育玮　张超　(74)专利代理机构北京高沃律师事务所 11569代理人杨媛媛(51)Int.Cl.G05B 13/04(2006.01)(54)发明名称一种电静液作动器的控制方法及系统(57)摘要本发明公开了一种电静液作动器的控制方法及系统。

该方法包括：构建电静液作动器的动力学模型；按照能量转换过程对电静液作动器进行系统划分，得到多个子系统；基于动力学模型确定各个子系统的控制律；按照各个子系统的控制律对电静液作动器进行控制。

本发明的电静液作动器的控制方法及系统能够提高电静液作动器的控制精度。

权利要求书6页说明书22页附图4页CN 111240196 A 2020.06.05C N 111240196A1.一种电静液作动器的控制方法，其特征在于，包括：构建电静液作动器的动力学模型；按照能量转换过程对电静液作动器进行系统划分，得到多个子系统；基于所述动力学模型确定各个子系统的控制律；按照各个所述子系统的控制律对所述电静液作动器进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种电静液作动器的控制方法，其特征在于，所述电静液作动器包括电机、泵和作动筒；所述电机用于驱动所述泵从而改变液压缸的压力，进而驱动所述作动筒；所述构建电静液作动器的动力学模型，具体包括：以无刷直流电机作为所述电静液作动器的电机，建立电机的电势平衡方程：式中，u e为电机控制电压；i e为电机电流；K e为电机反电动势系数；ωe为电机转速；R e为电机电枢电阻；L e为电机电枢电感，为i e的一阶导数；建立电机的转矩平衡方程：式中，K m为电机电磁力矩常数；为ωe的一阶导数；B m＝B e+B p为电机与泵的总负载阻尼系数，B e为电机负载阻尼系数，B p为泵负载阻尼系数；J m＝J e+J p为电机与泵的总转动惯量，J e 为电机转动惯量，J p为泵转动惯量；T e为电机输出转矩；建立液压缸的流量连续方程：式中，V P＝V/(2π)，V为泵的排量，A e为液压缸活塞的有效面积；x e为液压缸活塞的位移；为x e的一阶导数；V e为液压缸的总容积；C el为液压缸的总泄露系数，且C el＝C eli+0.5C ele，C eli、C ele分别为液压缸的内泄漏系数和外泄漏系数；E e为有效体积弹性模量；P e为负载压力，为P e的一阶导数；建立液压缸的力平衡方程：式中，m e为负载质量，为x e的二阶导数；B e为负载阻尼系数，F e为外负载，即活塞杆的输出力。

鲁棒非线性导引与控制律一体化设计研究

主要符号对照表主要符号对照表ｙ导弹速度协目标速度ｍ导弹质量ｗ导弹的速度滚转角妒，毋，７偏航角、俯仰角、滚转角口，移ｙ弹道倾角、偏角Ｑ，卢攻角、俱９滑角０－）Ｘ％，忱导弹在地面坐标系中沿三个轴的角速度分量Ｐ导弹发动机推力Ｘ，ｙ＇Ｚ导弹所受阻力、升力、侧向力导弹切向加速度、法向加速度、侧向加速度ｏｙ，ｏｐ，ｏ曲尥，％，尥导弹所受的滚转力矩、偏航力矩、俯仰力矩厶，山，以导弹的惯性张量在弹体坐标系三轴上的投影ｒ导弹与目标的相对距离０Ｌ，九视线倾角、偏角ＧＭ，－，Ｏ－，Ｍｏ，ｏ地导弹加速度沿视线坐标系三个轴的分ｊｌ｛＝呱，口乃，呱目标加速度沿视线坐标系三个轴的分＊以，瓯导弹俯仰舵（ｃａｎａｒｄｃｏｎｔｒ０１）、尾翼（ｔａｉｌｃｏｎｔｒ０１）偏角第一章绪论基于这两种非线性最优控制方法的一体化导引一控制律在设计过程中并未考虑未建模因素或扰动对制导效果的影响。

反馈线性化法可通过状态变换把一个非线性系统的动态特性全部或部分地变为线性系统的动态特性，然后可以应用经典的线性系统的控制方法解决非线性系统的控制问题。

由于这种方法不会造成模型精度的损失［６９１，因此倍受关注，也被应用于三维的导引与控制一体化设计中。

Ｍｅｎｏｎ等人［４８，５０，５１］开发了一种可自动将非线性系统利用反馈线性化方法转为线性系统的在线处理程序，并利用它将导引与控制系统线性化，再将ＬＱＲ方法用于导引与控制一体化算法的设计，而文献［５２，５３】则是将反馈线性化方法用于带有移动质量块驱动装置导弹的导引与控制系统一体化设计中。

文献［１２］使用微分几何方法对导引与控制一体化模型进行了反馈线性化，利用特征结构配置方法解决了带末角约束的导引与控制一体化设计问题。

然而，与最优控制方法类似，这种设计思路也没有考虑未建模因素或扰动。

Ｐａｄｈｉ等人［３２，５７，５８】指出现有的导引与控制一体化设计方法一般都没有充分利用飞行器平动和转动之间固有的时域分离特性，从而使整体性能受到一定限制。

非线性系统的自适应鲁棒模糊控制方法研究的开题报告

非线性系统的自适应鲁棒模糊控制方法研究的开题报告一、选题的背景和意义随着科技的不断发展，非线性系统控制技术得到了广泛应用。

自适应控制和鲁棒控制是其中的两种主要控制方法，并且逐渐成为了非线性系统控制中的重要手段。

随着非线性系统的日益复杂化，如何提高非线性系统的自适应性和鲁棒性，使其更加适应实际运用情境，成为了非常重要的问题。

模糊控制作为一种新型控制方式，在非线性系统的控制中也发挥了重要作用。

本次论文选题就是围绕非线性系统的自适应鲁棒模糊控制方法展开研究，旨在提高非线性系统控制的适应性和鲁棒性，从而更好地实现非线性系统的控制。

二、研究的内容（1）非线性系统的自适应控制方法研究；（2）非线性系统的鲁棒控制方法研究；（3）模糊控制在非线性系统中的应用和原理探究；（4）基于自适应鲁棒模糊控制的非线性系统建模和设计方法的研究。

三、研究的方法（1）系统化了解非线性系统的控制理论，分析非线性系统的特性和实际应用场景；（2）构建非线性系统的数学模型，对系统的特性和控制要求进行分析；（3）考虑自适应鲁棒控制结合模糊控制的优势，提出基于自适应鲁棒模糊控制的非线性控制方法；（4）使用仿真实验验证提出的控制方法的效果，并与其他控制方法进行比较分析；（5）从理论和实验两个方面进行分析和总结，并得出结论和建议。

四、预期研究成果（1）提高非线性系统控制的自适应性和鲁棒性；（2）构建非线性系统的数学模型，理解非线性系统的特性和实际应用场景；（3）基于自适应鲁棒模糊控制的非线性系统控制设计方法；（4）在仿真实验中验证提出的控制方法的效果；（5）对所提出方法进行优化和改进，进一步提高非线性控制系统的控制效果。

五、研究的难点与挑战（1）如何构建较为准确的非线性系统数学模型，从而更好地理解非线性系统的特性和控制要求；（2）如何设计基于自适应鲁棒模糊控制的非线性系统控制方法，从而提高系统的自适应性和鲁棒性；（3）如何对所提出的控制方法进行准确性、鲁棒性和系统稳定性的分析；（4）如何通过仿真实验验证所提出方法的实际效果；（5）如何对所提出的方法进行优化和改进，使其更加适用于实际情况。

不确定非线性时滞系统的鲁棒控制与变结构控制的开题报告

不确定非线性时滞系统的鲁棒控制与变结构控制的开题报告一、研究背景和意义非线性时滞系统是一类具有时滞效应的非线性系统，它广泛存在于物理、生物、化学和工程等领域中，对于这类系统的控制理论研究具有重要的理论和实际意义。

传统的控制方法，如PID控制和模糊控制对于这类系统往往无法达到良好的控制效果，因此需要开展鲁棒控制和变结构控制的研究。

鲁棒控制理论是近年来发展起来的一种新型控制理论，它能够解决系统存在不确定性和干扰的问题，具有较强的鲁棒性和适应性。

因此，在非线性时滞系统控制中，鲁棒控制是一种有效的控制方法。

变结构控制是一种特殊的控制理论，它将系统的控制设计分为两个阶段：设计一个开关函数来划分不同的控制结构，处理系统的不确定性和干扰；采用不同的控制器来无缝切换各个控制结构，实现稳定控制。

因此，变结构控制方法较适用于非线性时滞系统的控制。

二、研究内容和方法本研究的主要内容是针对非线性时滞系统的鲁棒控制和变结构控制方法，研究其控制算法和性能。

在鲁棒控制方面，我们将重点研究设计有效的鲁棒控制器，通过引入鲁棒优化、自适应和强化学习等技术来提高控制效果。

具体方法包括：建立非线性时滞系统的鲁棒模型，运用Lyapunov函数和稳定性理论设计鲁棒控制器，并通过仿真和实验验证其性能。

在变结构控制方面，我们将重点研究设计高效的开关函数和控制器结构，将变结构理论应用于非线性时滞系统的控制。

具体方法包括：针对非线性时滞系统的特点，设计不同的控制模式和开关函数，并选择合适的控制器结构；通过仿真和实验验证其性能，并与传统控制方法作比较。

三、预期研究成果1. 针对非线性时滞系统，设计有效的鲁棒控制器，提高系统的稳定性和鲁棒性；2. 将变结构控制应用于非线性时滞系统的控制，设计高效的控制器结构和开关函数；3. 在MATLAB/Simulink仿真环境下验证所提出的鲁棒和变结构控制方法，并进行性能分析和比较；4. 实验平台搭建，通过实验验证所提出的鲁棒和变结构控制方法的实用性和有效性。

电动静液作动器框图建模与控制

2009年3月第35卷第3期北京航空航天大学学报J o u r n a l o fB e i j i n g U n i v e r s i t y ofA e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s M a r c h 2009V o l .35 N o .3收稿日期:2008-05-14作者简介:康荣杰(1981-),男,福建龙岩人,博士生,k a n g r o n g j i e @v i p.163.c o m.电动静液作动器框图建模与控制康荣杰焦宗夏王少萍(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京100191) 摘要:功率电传作动系统是未来飞行控制的发展方向,它取消了传统的中央液压油源.电动静液作动器是功率电传系统的执行机构,在作动器端把电能转化为局部液压能,兼具传统液压系统和直接电力驱动作动器的优点.根据其元部件数学方程,建立非线性框图子模型,构造了一种定排量变转速电动静液作动器,完善了补油回路和摩擦特性的描述.通过考察作动器稳定性㊁静态刚度和动态性能指标,对单环比例㊁积分㊁微分(P I D ,P r o p o r t i o nI n t e g r a -t i o nD i f f e r e n t i a t i o n )㊁多环P I D ㊁全状态反馈控制等方法进行了设计及比较分析.仿真结果表明,结合动态压力反馈策略的全状态反馈控制器能有效改善系统的动㊁静态性能.关键词:电动静液作动器;框图模型;仿真;控制中图分类号:V245;T H137文献标识码:A 文章编号:1001-5965(2009)03-0338-04B l o c kd i a g r a m m o d e l i n g a n dc o n t r o l o f e l e c t r o -h yd r o s t a t i ca c t u a t o r K a n g R o n g j ie J i a oZ o n g x i a W a n g S h a o p i n g(S c h o o l o fA u t o m a t i o nS c i e n c e a n dE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ,B e i j i n g U n i v e r s i t y o fA e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s ,B e i j i n g 100191,C h i n a )A b s t r a c t :P o w e r -b y -w i r e (P B W )a c t u a t i o n i s t h e f u t u r e d i r e c t i o n o f f l i g h t c o n t r o l s y s t e mi nw h i c h t h en e e df o rac e n t r a lh y d r a u l i cs y s t e mi se l i m i n a t e d .T h ee l e c t r o -h y d r o s t a t i ca c t u a t o r (E H A )i sa k i n do f P B Wa c t u a t o r t h a t c o n v e r t s t h e e l e c t r i c a l p o w e r i n t o l o c a l h y d r a u l i c p o w e r a n dc o m b i n e s t h e b e n e f i t s o f t h ec o n v e n t i o n a lh y d r a u l i cs ys t e m a n dt h ed i r e c td r i v ee l e c t r i c a l a c t u a t o r s .B a s e do nt h e m a t h e m a t i c e q u a t i o n s ,a l l t h eE H Ac o m p o n e n t sw e r em o d e l e db y t h eb l o c kd i a gr a m s a n da s s e m b l e d t o a f i x e d -d i s p l a c e m e n t v a r i a b l e -s p e e d a r c h i t e c t u r e ,w h i c h c o n t a i n e d t h e r e f e e d i n g c i r c u i t a n d t h e f r i c -t i o n .F u r t h e r m o r e ,t h es i n g l e p r o p o r t i o ni n t e g r a t i o nd i f f e r e n t i a t i o n (P I D )c o n t r o l l e r ,c a s c a d eP I D c o n t r o l l e r a n d s t a t e f e e d b a c kc o n t r o l l e r a r ed e s i g n e d f o r c o m p a r i s o na n a l y s i s t h a t f o c u s e do n t h e s y s -t e ms t a b i l i t y ,s t i f f n e s s a n dd y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s .T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s p r o v e t h a t t h e s t a t e f e e d -b a c kc o n t r o l l e r a l o n g w i t hd y n a m i c p r e s s u r e f e e d b a c ks t r a t e g y e f f i c i e n t l y i m p r o v e s t h e s t a t i c a n dd y -n a m i c p e r f o r m a n c e o fE H A.K e y w o r d s :e l e c t r o -h y d r o s t a t i c a c t u a t o r ;b l o c kd i a g r a m m o d e l ;s i m u l a t i o n ;c o n t r o l 传统液压系统由于泄漏㊁噪声㊁管路复杂等原因,将逐步退出机载伺服作动领域,取而代之的是采用功率电传技术(P B W ,P o w e r -B y -W i r e )的飞行控制系统.功率电传使飞机次级能源系统至各作动执行机构之间的功率传输可以通过电缆以电能量方式完成.P B W 作动系统也不再需要中央液压系统和遍布机身的液压管路,从而大幅提高了飞行器的可靠性㊁可维护性㊁效率和生存能力,有助于实现多电/全电飞机.电动静液作动器(E H A ,E l e c t r o -H y d r o s t a t i c A c t u a t o r )是国内外获得率先发展的功率电传作动器.20世纪90年代末,E H A 开始在F -18S R A ㊁F -16等飞机上进行试验,并获得成功,目前,已经在美国F -35联合攻击机和空中客车A -380上少量装备.国内对这方面的研究刚刚起步,主要工作集中在方案设计㊁建模仿真及相关控制理论,采用的数学方法通常是基于微分方程的拉普拉斯变换,求解系统传递函数进行分析设计[1-3].考虑到传递函数本质上是一种针对线性定常系统的数学模型,与实际的E H A 系统不尽相符.此外,由于传递函数的局限性,目前已有的E H A 模型,大都忽略了补油环节,并且简化了摩擦.针对这些不足,可以采用基于数学方程的框图建模方法构建E H A 系统模型,更有利于描述非线性特征,提高了模型的精确性.1 电动静液作动器结构分析E H A 是一种基于闭式回路的电液伺服系统,根据驱动电机和液压泵的不同工作模式,目前主要有:定排量变转速㊁变排量定转速和变排量变转速3种形式.其中,定排量变转速E H A 通过控制电机的转向和转速来控制作动器作动的方向及速率,相比其它2种方案,在效率和结构简化上更具优势.图1描述了一种典型定排量变转速E H A的结构原理.图1 定排量变转速E HA 结构原理图2 E H A 系统建模定排量变转速E H A 可分解为驱动电机㊁液压泵㊁补油回路㊁作动筒等子模块,同时考虑摩擦环节,分别构建子模型,最后组装成为完整系统.2.1 补油环节建模闭式回路是E H A 区别于传统液压系统的一个重要特点,因此需要通过蓄能器和单向阀构建补油环节.其主要作用是:维持系统最低压力;防止气穴;对液压油外泄漏进行补充[4].E H A 补油环节的流量㊁压力关系见图2.其流量方程为Q a =Q e -Q c 1-Q c 2Q 1f =Q 1+Q c 1Q 2f =Q 2-Q üþýïïïïc 2(1)其中,Q a 蓄能器输入流量;Q e 为泵的外泄漏;Q 1和Q 2分别为液压泵的出口和进口流量;Q c 1和Q c 2为流经的单向阀流量,取决于P a -P 1和P a -P 2,可以用查找表或函数拟合来描述,P 1和P 2分别为液压泵的出口和进口压力,P a 为蓄能器的压力:P a =G c /V g(2)式中G c =P a i V kg iV g =V g i -ʏQ ad ()t k其中,P a i 为蓄能器初始压力;V g i 为蓄能器内气体的初始体积;k 为气体的多变指数,取值范围在1.0~1.4之间.根据上述分析,可得到补油环节的框图模型见图3,图4是蓄能器(式(2))的框图模型.可见,框图模型便于处理非线性数学函数,适合多层次复杂模型的构建.图2 补油环节的流量与压力图3 补油环节框图模型图4 蓄能器框图模型2.2 摩擦建模过去的E H A 模型通常把摩擦简化为一个粘滞阻力,大小与速率成正比.事实上,摩擦是一种非常复杂的非线性现象,它不仅与速度有关,还与位置㊁温度㊁润滑等有关[5-6].典型的摩擦通常表现为粘性摩擦㊁库仑摩擦和静摩擦(对于摩擦力矩同样适用):F f (x ㊃p )=[F c +(F s -F c )㊃e -|x ㊃p |/α+K v |x ㊃p |]㊃s i g n (x ㊃p )(3)其中,F s 为最大静摩擦力(矩);F c 为库仑摩擦力(矩);K v 为粘性阻尼系数;x ㊃p 为运动速度;α为速度参考量;s i gn (㊃)为符号函数,为使模型连续,可对其做一个改进,用双曲正切函数t a n h (㊃)来933 第3期康荣杰等:电动静液作动器框图建模与控制实现:F f(x㊃p)=[F c+(F s-F c)㊃e-|x㊃p|/α+K v|x㊃p|]㊃t a n h(x㊃p/β)(4)其中,β为速度参考量.式(4)所描述的摩擦如图5所示,其框图模型如图6所示.图5摩擦模型图6摩擦力框图模型2.3E H A开环模型通过以上方法,可以得到E H A其它所有元部件的框图模型,在S i m u l i n k中将它们封装后,依照输入输出关系联接,构成图7所示的完整开环系统.框图建模的优点在于:模块化的子模型;可根据需要添加或删除元部件;便于观察系统所有的状态变量.u 电机输入电压;ω 电机转速;T l 电机负载转矩;x p 活塞位移;F e x 外力.图7 E HA开环系统3E H A控制方法研究E H A包含有电气元件和液压元件,特性相比传统液压系统更为复杂.本节通过考察系统稳定性㊁静态刚度和动态性能等指标,对单环比例㊁积分㊁微分(P I D,P r o p o r t i o n I n t e g r a t i o nD i f f e r e n-t i a t i o n)㊁多环P I D㊁全状态反馈等控制方法进行了比较分析.3.1单环P I D控制单环P I D控制由于其结构简单,在工程领域得到大量应用.在S i m u l i n k中进行仿真,输入20mm位置阶跃,并在2.5s时加入30k N负载.图8为位置响应曲线,图中,系统上升时间大约为0.4s,通过提高控制器增益,可以进一步提高响应速度,但是会造成超调.2.5s后,由于带载造成了很大的稳态误差,可见系统刚度较低.图9的压力曲线中存在振荡,其频率接近系统液压固有频率,说明该系统的液压阻尼偏低.图8位置响应曲线(单环P I D控制)图9压力响应曲线(单环P I D控制)综合上述分析,很难通过P I D3个参数的调节,使单环P I D控制的E H A系统获得理想性能.作为改进,引入了多环P I D控制.3.2多环P I D控制多环P I D控制将外环的输出作为内环的输入,具有抗干扰性强㊁刚度好㊁速度快等优点.对于E HA而言,由内至外依次是电机电流环㊁电机速度环和作动筒位置环.图10给出了多环控制下的位置响应曲线(输入条件不变).图10位置响应曲线(多环P I D控制)仿真结果表明,系统的快速性较单环控制有所提高,静态刚度和带载能力也有了明显增强,但是,压力振荡较单环控制更加剧烈.因此,进一步引入了全状态反馈控制方法.043北京航空航天大学学报2009年3.3全状态反馈控制全状态反馈控制充分利用了系统的全部状态信息,考虑E HA为一个5阶系统,具有如下状态变量:电机电流I,ω,ΔP=P1-P2,x p,x㊃p.将系统在零点附近做线性化处理后,得到E H A系统的状态方程,根据指定的闭环极点,通过M a t l a b软件可以计算出状态反馈矩阵:K=[K1K2K3K4K5]为了消除压力负反馈造成的稳态误差,可以进一步引入动态压力反馈措施:在压力反馈回路上串入一个高通滤波器,既保留了压力反馈对动态性能的改善,又消除了它对静态性能的影响.高通滤波器截止频率可选为系统液压固有频率的15%左右.改进后的控制结构如图11所示.图11结合动态压力反馈策略的全状态反馈控制图12为系统压力响应曲线,图13为系统在全状态反馈控制下的位置响应曲线.可见,全状态反馈控制的E H A系统响应速度进一步被提高(大约为0.2s),压力振荡也得到了很好的抑制.系统具有良好的动静态性能,完全能够满足机载作动的控制性能要求.图12压力响应曲线(全状态反馈控制)图13位置响应曲线(全状态反馈控制)4结论通过一种不依赖于传递函数的框图建模方法,完成了E HA子系统建模与系统综合.在此基础上,对E H A性能进行优化设计,分析对比了包括单环P I D㊁多环P I D㊁全状态反馈㊁动态压力反馈在内的多种控制方法,得到如下结论:1)框图模型本质上是一种非线性模型,相比传统的传递函数模型包含有更多的信息,更精确地反映了系统本质;2)单环P I D不能满足E H A控制要求,存在响应慢㊁刚度低㊁振荡明显的缺点;3)多环P I D能大大改善系统性能,提高了响应速度和静态刚度,但是依然存在压力振荡明显的缺点;4)结合动态压力反馈策略的全状态反馈控制能有效改善系统动㊁静态特性,可以满足机载伺服作动的性能要求.参考文献(R e f e r e n c e s)[1]G a oB o,F uY o n g l i n g,P e i Z h o n g c a i,e t a l.R e s e a r c ho nd u-a l-v a r i ab l e i n t e g r a t e de l ec t r o-h yd r o s t a t i ca c t u a t o r[J].C h i-n e s e J o u r n a l o fA e r o n a u t i c s,2006,19(1):77-82 [2]马纪明,付永领,李军,等.一体化电动静液作动器(E HA)的设计与仿真分析[J].航空学报,2005,26(1):79-83M a J i m i n g,F uY o n g l i n g,L i J u n,e t a l.D e s i g n,s i m u l a t i o na n d a n a l y s i s o f i n t e g r a t e d e l e c t r i c a l h y d r o s t a t i c a c t u a t o r[J].A c t aA e r o n a u t i c ae tA s t r o n a u t i c aS i n i c a,2005,26(1):79-83(i nC h i n e s e)[3]H a b i b i S,G o l d e n b e r g A.D e s i g no f an e wh i g h p e r f o r m a n c ee l e c t r o-h y d r a u l i ca c t u a t o r[C]//P r o c e e d i n g so ft h eI E E E/A S M E I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n A d v a n c e d I n t e l l i g e n tM e c h a t r o n i c s.A t l a n t a:P e r g a m o n,1999:227-232 [4]王占林.近代液压伺服控制[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005:16-20W a n g Z h a n l i n.M o d e r n e l e c t r i c a l a n dh y d r a u l i c s e r v o c o n t r o l [M].B e i j i n g:B e i j i n g U n i v e r s i t y o fA e r o n a u t i c s a n dA s t r o-n a u t i c sP r e s s,2005:16-20(i nC h i n e s e)[5]王晓东,华清,焦宗夏,等.负载模拟器中的摩擦力及其补偿控制[J].中国机械工程,2003,14(6):67-70W a n g X i a o d o n g,H u a Q i n g,J i a oZ o n g x i a,e ta l.F r i c t i o na n d i t sc o m p e n s a t i o n m e t h o di nl o a ds i m u l a t o r[J].C h i n aM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,2003,14(6):67-70(i nC h i n e s e)[6]P a p a d o p o u l o sEG,C h a s p a r i sGC.A n a l y s i s a n dm o d e l-b a s e dc o n t r o l o f s e r v o m e c h a n i s m sw i t hf r i c t i o n[C]//P r o c e ed i n g s o f t he I E E E/R S J I n t e r n a t i o n a l C o nf e r e n c e o n I n t e l l ig e n tR o-b o t s a n dS y s t e m s.L a u s a n n e,S w i t z e r l a n d:S p r i n g e r-V e r l a g, 2002:2109-2114(责任编辑:赵海容)143第3期康荣杰等:电动静液作动器框图建模与控制。

非线性鲁棒控制

非线性鲁棒控制1. 课题意义针对机机械手的不确定性有两种基本控制策略:自适应控制和鲁棒控制。

当受控系统参数发生变化时，自适应控制通过及时的辨识、学习和调整控制规律，可以达到一定的性能指标，但实时性要求严格，实现比较复杂，特别是存在非参数不确定性时，自适应控制难以保证系统的稳定性;而鲁棒控制可以在不确定因素一定变化范围内，做到“以不变应万变”，保证系统稳定和维持一定的性能指标，它是一种固定控制，比较容易实现，在自适应控制器对系统不确定性变化来不及做辨识以校正控制律时更显鲁棒控制的重要。

鲁棒控制(Robust Control)方面的研究始于20世纪50年代。

在过去的20年中，鲁棒控制一直是国际自控界的研究热点。

所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定(结构，大小)的参数摄动下，维持某些性能的特性。

以闭环系统的鲁棒性作为目标设计得到的固定控制器称为鲁棒控制器。

鲁棒控制的基本特征是用一个结构和参数都固定不变的控制器，来保证即使不确定性对系统的性能品质影响最恶劣的时候也能满足设计要求．不确定性可分为两大类，不确定的外部干扰和系统的模型误差，其中，模型误差受系统本身状态激励，同时又反过来作用于系统的动态。

由于工况变动、外部干扰以及建模误差的缘故，而系统的各种故障也将导致模型的不确定性，实际工业过程的精确模型很难得到，在设计鲁棒控制器时，所有的不确定性可以是不可量测的，但是必须属于某个可描述集．鲁棒控制器就是基于标称系统数学模型和不确定的描述参数来设计的．因此可以说模型的不确定性在控制系统中广泛存在。

如何设计一个固定的控制器，使具有不确定性的对象满足控制品质，也就是鲁棒控制，成为了国内外科研人员热衷的研究课题。

2. 发展与研究现状鲁棒控制理论发展的最突出标志是H∞和μ方法。

1981年Zames首次提出了著名的H∞控制思想。

Zames考虑了这样一个单输入、单输出系统的设计问题，即对于属于一个有限能量集的干扰信号，设计一个控制器使得闭环系统稳定且干扰对系统期望输出影响最小。

自动控制鲁棒控制系统的计算机辅助设计和仿真讲义

自动控制鲁棒控制系统的计算机辅助设计和仿真
6.1.2
在MATLAB的鲁棒控制工具箱中使用了一种特殊
的数据结构, 即分层数据结构（Hierarchical Data
Structure
来表示所描述的系统对象。这使得用
户可以用一个简单的变量来代表所要研究的系统并进
行相关的运算, 从而很大程度上方便了用户访问鲁棒控制工具箱中函数的过程。这个变量称为tree类型的变量。
AU
V*U
r
0
0 0V*
自动控制鲁棒控制系统的计算机辅助设计和仿真
(6.1)
其中， Σr=diag(σ1, σ2, …, σr)。式（6.1）称为矩阵 A的奇异值分解（SVD）, 其中A的最大奇异值定义为
(A) 1
如果矩阵A是n×n的方阵, 则它的第n个奇异值, 也就是最小的奇异值，定义为
(1) 定义不确定性模型。 (2) 将不确定输入（包括结构和非结构不确定性因素）写成图6.4所示的M-Δ形式。
自动控制鲁棒控制系统的计算机辅助设计和仿真
图 6.4
自动控制鲁棒控制系统的计算机辅助设计和仿真
例 6.1 对非结构不确定性进行建模。下面的传递函数代表某架飞机的动态特性。
1 G(s) s2(s2 2)
G G A
(6.8)
或者写成相乘的形式
G (I M )G
(6.9)
自动控制鲁棒控制系统的计算机辅助设计和仿真
图 6.3 非结构不确定性的加法与乘法表示
自动控制鲁棒控制系统的计算机辅助设计和仿真
结构不确定性代表系统模型中的参数变化, 例如系统传递函数中零极点位置的变化，系统状态矩阵中系统矩阵的变化，以及指定回路增益的变化等等。

非线性系统控制的鲁棒与自适应设计方法的开题报告

非线性系统控制的鲁棒与自适应设计方法的开题报告
一、选题背景
随着科技的不断发展和社会的不断进步，非线性系统的研究和应用越来越广泛。

而非线性系统的控制技术研究也是非常重要的一个方向。

因为非线性系统控制往往会
面临很多问题，例如非线性系统的不确定性、控制器的鲁棒性、参数不匹配等等，这
些问题都需要有一些高效的解决方法。

因此，设计鲁棒性好、自适应性强的控制器就
显得非常必要。

二、研究目的
本文旨在研究非线性系统控制的鲁棒与自适应设计方法，为实际应用提供理论指导和方法。

通过对非线性系统控制的研究，探讨如何设计出具有鲁棒性和自适应性的
控制器来解决非线性系统控制中遇到的问题，包括不确定性、控制器的鲁棒性和参数
不匹配等问题。

三、研究内容
1. 鲁棒控制方法的研究，重点探讨非线性系统模型不确定性对控制器性能的影响，如何设计出鲁棒性好的控制器。

2. 自适应控制方法的研究，重点探讨非线性系统参数不匹配对控制器性能的影响，如何设计出具有自适应性的控制器。

3. 鲁棒自适应控制方法的研究，重点探讨如何同时考虑非线性系统模型不确定性和参数不匹配的影响，并设计出具有鲁棒性和自适应性的控制器。

4. 通过仿真实验验证所提出的方法的有效性和优越性。

四、研究意义
本研究的成果能够为非线性系统控制技术的发展提供一定的理论指导和方法，为解决控制实际问题提供高效的解决方案。

同时，本研究成果的应用能够为现代工业生
产提供控制技术支持，为经济可持续发展做出我们的贡献。