魯棒控制理論及應(yīng)用

1、魯棒控制理論及應(yīng)用魯棒控制理論及應(yīng)用課程的目標(biāo)課程的目標(biāo)l 了解魯棒控制研究的基本問題；了解魯棒控制研究的基本問題；l 掌握魯棒控制的基礎(chǔ)知識(shí)和基本概念；掌握魯棒控制的基礎(chǔ)知識(shí)和基本概念；l 明確魯棒控制問題及其形式化描述；明確魯棒控制問題及其形式化描述；l 掌握幾種魯棒穩(wěn)定性分析與設(shè)計(jì)方法；掌握幾種魯棒穩(wěn)定性分析與設(shè)計(jì)方法；l 掌握狀態(tài)空間掌握狀態(tài)空間 控制理論；控制理論；l 了解魯棒控制系統(tǒng)的了解魯棒控制系統(tǒng)的 分析與分析與 綜合方法；綜合方法；l 初步了解非線性系統(tǒng)魯棒控制方法；初步了解非線性系統(tǒng)魯棒控制方法；H涉及課程及其參考書涉及課程及其參考書涉及課程：涉及課程：線性系統(tǒng)理論（Lin

2、ear System Theory)最優(yōu)控制（Optimal Control)參考參考書：書：吳敏,桂衛(wèi)華,何勇:現(xiàn)代魯棒控制（第2版）中南大學(xué)出版社，2006Zhou K, Doyle J C and Glover K.Robust and Optimal Control.Prentice Hall,1996課程名稱課程名稱, ,授課形式和考試方式授課形式和考試方式課程名稱課程名稱：魯棒控制理論及其應(yīng)用 Robust Control Theory and Applications授課方式：授課方式：集中授課，主要采取講授方式，可適當(dāng)對某一問題討論?？荚嚪绞剑嚎荚嚪绞剑嚎荚嚨哪康墓P試課程的主要

3、內(nèi)容：課程的主要內(nèi)容：共分為七講：共分為七講：第一講魯棒控制研究的基本問題第二講基本知識(shí)與基本概念第三講魯棒控制問題第四講魯棒穩(wěn)定性問題第五講狀態(tài)空間 的控制理論第六講魯棒控制系統(tǒng)的 分析與 綜合第七講非線性系統(tǒng)魯棒控制H第一講第一講： 魯棒控制研究的基本問題魯棒控制研究的基本問題基本的反饋控制系統(tǒng)基本的反饋控制系統(tǒng)r-目標(biāo)輸入，y-控制對象輸出，u-控制輸入v-傳感器輸出，n-傳感器噪聲，d-外部擾動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與不確定性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與不確定性需要考慮的不確定性：需要考慮的不確定性：l來自控制對象的模型化誤差；l來自控制系統(tǒng)本身外部的擾動(dòng)信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求l穩(wěn)定性

4、（Stability)l動(dòng)態(tài)特性（Dynamic Performance) l靜態(tài)特性（Static Performance):l魯棒性（Robustness)lim ( )0te t控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性控制系統(tǒng)的魯棒性控制系統(tǒng)的魯棒性魯棒控制系統(tǒng)魯棒控制系統(tǒng)（Robust Control System) ) ：在某一特定的不確定性條件下具有使穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)特在某一特定的不確定性條件下具有使穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性保持不變的特性，即這一反饋控制系統(tǒng)性和穩(wěn)態(tài)特性保持不變的特性，即這一反饋控制系統(tǒng)具有具有承受這一類不確定性影響的能力。具有具有承受這一類不確定性影響的能力。魯棒性魯棒

5、性（Robustness) )：l魯棒穩(wěn)定性魯棒穩(wěn)定性在一組不確定性的作用下仍然能夠保在一組不確定性的作用下仍然能夠保證反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。證反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。l魯棒的動(dòng)態(tài)特性魯棒的動(dòng)態(tài)特性通常稱為靈敏度特性，即要求動(dòng)通常稱為靈敏度特性，即要求動(dòng)態(tài)特性不受不確定性的影響。態(tài)特性不受不確定性的影響。l魯棒穩(wěn)態(tài)特性魯棒穩(wěn)態(tài)特性在一組不確定性影響下仍然可以實(shí)在一組不確定性影響下仍然可以實(shí)現(xiàn)反饋控制系統(tǒng)的漸進(jìn)調(diào)節(jié)功能?，F(xiàn)反饋控制系統(tǒng)的漸進(jìn)調(diào)節(jié)功能。反饋控制理論的發(fā)展階段反饋控制理論的發(fā)展階段經(jīng)典控制經(jīng)典控制(Classical Control)(Classical Control)：l頻域法，傳

6、遞函數(shù)，頻域法，傳遞函數(shù)，PID控制控制現(xiàn)代控制現(xiàn)代控制(Modern Control)(Modern Control)：l時(shí)域法，狀態(tài)空間模型，能控能觀概念，時(shí)域法，狀態(tài)空間模型，能控能觀概念，LQG控制控制先進(jìn)控制先進(jìn)控制(Advanced Control)(Advanced Control)魯棒控制：魯棒控制：l頻域法頻域法+時(shí)域法時(shí)域法l傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)+狀態(tài)空間模型狀態(tài)空間模型l 最優(yōu)控制，最優(yōu)控制， 分析與分析與綜合綜合HPIDPID控制控制lPID (Proportion-Integration-Differentiation) 控制控制 基于奈魁斯特穩(wěn)定性設(shè)計(jì)思想基于奈魁斯特穩(wěn)

7、定性設(shè)計(jì)思想在保持穩(wěn)定性的前提下，改善中頻段的特性，從而提高系統(tǒng)的性能。 魯棒控制理論魯棒控制理論開環(huán)頻率特性開環(huán)頻率特性: 是否圍繞是否圍繞 (1, j0) 點(diǎn)點(diǎn)維納濾波器方法的基本思想維納濾波器方法的基本思想d: 可以用某種隨機(jī)過程來表示的外界擾動(dòng)把反饋控制問題變成數(shù)學(xué)上的某些優(yōu)化問題 卡爾曼-布西濾波器 (Kalman-Bucy Filter)理論 現(xiàn)代控制理論控制問題的解控制問題的解 (分離原理分離原理)：設(shè)計(jì)卡爾曼-布西濾波器，獲得x的估計(jì)值；設(shè)計(jì)基于x的估計(jì)值的狀態(tài)反饋增益矩陣K。上述均是基于黎卡提方程的解進(jìn)行設(shè)計(jì)。上述均是基于黎卡提方程的解進(jìn)行設(shè)計(jì)。LQGLQG控制器控制器魯棒控

8、制研究的基本問題魯棒控制研究的基本問題l不確定性系統(tǒng)的描述方法；l魯棒性分析和設(shè)計(jì)方法；l魯棒控制的應(yīng)用領(lǐng)域。l不確定系統(tǒng)的魯棒控制不確定系統(tǒng)的魯棒控制 模型不確定性的描述模型不確定性的描述l公稱模型l表示不確定性的攝動(dòng)及其與公稱模型的關(guān)系l攝動(dòng)的最大值 l 非結(jié)構(gòu)不確定性非結(jié)構(gòu)不確定性 (Unstructured Uncertainty)系統(tǒng)不確定性系統(tǒng)不確定性 l結(jié)構(gòu)不確定性結(jié)構(gòu)不確定性 (Structured Uncertainty) (Structured Uncertainty) 魯棒性分析和設(shè)計(jì)方法魯棒性分析和設(shè)計(jì)方法 保證控制系統(tǒng)的魯棒性意味著：保證控制系統(tǒng)的魯棒性意味著：l 對于公稱模型，可以保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和期望的性能；l 對于考慮了不確定性的集合模型，能夠保證控制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性，并可以達(dá)到期望的性能。 魯棒性設(shè)計(jì)的內(nèi)容魯棒性設(shè)計(jì)的內(nèi)容魯棒性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容魯棒性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容：l控制器的設(shè)計(jì)方法；l控制器存在的充分與必要條件；l設(shè)計(jì)算法和實(shí)施過程。魯棒控制研究框圖魯棒控制研究框圖