基于解耦線性化的潛器推進(jìn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)魯棒控制研究

1、哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文基于解耦線性化的潛器推進(jìn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)魯棒控制研究姓名：游江申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：控制理論與控制工程指導(dǎo)教師：趙國(guó)良;羅耀華20060601基于解耦線性化的潛器推進(jìn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)魯棒控制研究目；自；昌；目；目皇摘要在洋流和海浪的不確定性擾動(dòng)下，潛器運(yùn)動(dòng)的魯棒性和操縱性是與推進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制有密切關(guān)系的重要性能指標(biāo)。論文研究將如控制理論用于潛器感應(yīng)推進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以此來(lái)解決因推進(jìn)電機(jī)模型參數(shù)攝動(dòng)和外界擾動(dòng)而影響系統(tǒng)控制性能的問題。在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制中，系統(tǒng)性能受轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)變化的影響很大，論文在矢量控制模型的基礎(chǔ)上通過對(duì)原矢量控制模型施加非線性補(bǔ)償獲得動(dòng)態(tài)

2、的輸入輸出解耦模型?；诖四Ｐ?，將系統(tǒng)表達(dá)為含參數(shù)攝動(dòng)矩陣的狀態(tài)空間模型，應(yīng)用奇異值分解定理，設(shè)計(jì)了一種參數(shù)攝動(dòng)矩陣的分解方法。研究應(yīng)用戰(zhàn)狀態(tài)反饋控制理論設(shè)計(jì)魯棒控制器以抑制轉(zhuǎn)子參數(shù)攝動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。為了更深入地研究基于解耦模型的感應(yīng)推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的魯棒控制問題，基于非線性微分幾何理論，研究了感應(yīng)推進(jìn)電動(dòng)機(jī)分別在電壓源和電流源逆變器驅(qū)動(dòng)下的解耦線性化闖題，獲得便于如控制的完全解耦線性化模型。應(yīng)用電壓源逆變器驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)微分幾何解耦模型，在參數(shù)化二自由度控制結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，根據(jù)控制器在結(jié)構(gòu)上具有兩個(gè)自由參數(shù)的特點(diǎn)，研究應(yīng)用；陽(yáng)控制分別獨(dú)立設(shè)計(jì)系統(tǒng)反饋和前饋控制器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多控制目標(biāo)優(yōu)化的方法，對(duì)控

3、制器設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響進(jìn)行了比較研究。論文對(duì)一種基于參數(shù)化的二自由度廣義內(nèi)模控帶）（）結(jié)構(gòu)的特性及其控制器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入的研究。基于電流源逆變器驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)微分幾何解耦模型，設(shè)計(jì)二自由度的控制器并將其用于潛器推進(jìn)控制的仿真研究，指出這種感應(yīng)推進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制方法可以在一定程度上有效改善推進(jìn)系統(tǒng)的性能。關(guān)鍵詞：控制；二自由度控制；推進(jìn)電機(jī)；潛器基于解耦線性化的潛器推進(jìn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)魯棒控制研究，七（船，鮒。眥，￥溉￥哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文：毗；第章緒論第章緒論課題研究的目的與意義論文所涉及的潛器為某深潛艇，由于其主要在深?；顒?dòng)。肩負(fù)著海洋考察、開發(fā)、打撈、救生等深海作業(yè)任務(wù)，它的設(shè)計(jì)

4、方法與戰(zhàn)斗潛艇的設(shè)計(jì)方法是有所不同的。就其推進(jìn)器設(shè)計(jì)和控制而言，從上述諸種深潛器的使命出發(fā)，與戰(zhàn)斗潛艇推進(jìn)器也是有差別的。深潛艇最大的特點(diǎn)之一就是低速航行，這時(shí)舵效很差，再如上艇體可能具有的非流線型，長(zhǎng)寬比小，航行的穩(wěn)定性亦不是特別的理想。但是在搜索目標(biāo)、接近目標(biāo)或者與目標(biāo)對(duì)接時(shí)，要求在航速幾乎為零的情況下，深潛艇能夠自如地調(diào)整其位置和姿態(tài)，為后續(xù)的作業(yè)提供方便的條件。因此深潛器在深海作業(yè)時(shí)需要良好的操縱性能。深潛艇常用的推進(jìn)動(dòng)力有多種形式，如交流推進(jìn)、直流推進(jìn)、液壓伺服馬達(dá)推進(jìn)等交流推進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)是推進(jìn)電動(dòng)機(jī)體積小，重量輕，在深潛器上容易安裝，工作可靠，不需要維修，整個(gè)裝置具有較高的效率。不足之

5、處是控制電路比較復(fù)雜，國(guó)外有不少深潛艇采用交流推進(jìn)方式。隨著控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)，電力電子技術(shù)的日益發(fā)展以及電路的益集成化和模塊化，交流推進(jìn)方式已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外處于主導(dǎo)地位深潛器在水下工作的特殊環(huán)境決定了應(yīng)用電力推進(jìn)的潛器推進(jìn)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵執(zhí)行元件是潛水推進(jìn)電動(dòng)機(jī)。各種不同用途的載人深潛器或者不載人的自主式潛器在深水下運(yùn)動(dòng)的安全性和可靠性是非常重要的；系統(tǒng)操縱的機(jī)動(dòng)性和靈活性對(duì)潛器應(yīng)對(duì)突發(fā)性事件，提高生命力具有非常重要的意義；在應(yīng)對(duì)洋流和海浪變化的不確定性和大范圍波動(dòng)，潛器運(yùn)動(dòng)（包括姿態(tài)的調(diào)整、深度保持等）所需的良好可控性和穩(wěn)定性等重要性能指標(biāo)都與潛水推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制有著密不可分的關(guān)系。論文所涉及

6、的潛器，其設(shè)計(jì)航速較低，所以難以依靠舵力來(lái)對(duì)它的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行有效控制，特別是姿態(tài)的調(diào)整。所以使用螺旋槳產(chǎn)生推力來(lái)實(shí)現(xiàn)舵的功能。整個(gè)深潛艇裝備了五臺(tái)推進(jìn)器，分別為艇艉部的主螺旋推進(jìn)器；哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文艇艏部和艉部貫穿艇體的兩臺(tái)水平槽道螺旋推進(jìn)器和兩臺(tái)垂直槽道螺旋推進(jìn)器，如圖所示。四臺(tái)槽道推進(jìn)器主要工作于潛器航速很低的時(shí)候，用于深潛艇位置和姿態(tài)的控制。對(duì)于深潛救生艇這種排水量較大，安全性要求較高的載人潛水器，這種推進(jìn)形式是比較適用的。因?yàn)樯顫撏У耐w尺寸較大，布置四臺(tái)槽道推進(jìn)器比較容易，雖然這種推進(jìn)器方式在重量、效率上可能并不是最佳選擇，但是換來(lái)的是操縱靈活、安全可靠等優(yōu)越性。航行時(shí)主

7、推進(jìn)器的效率也較高。 圈深潛艇螺旋推進(jìn)器的分布深潛艇的每套推進(jìn)裝置均包括蓄電池、推進(jìn)電機(jī)、齒輪減速器、推進(jìn)器（螺旋槳），推進(jìn)控制器和配電盤等；推進(jìn)控制器本身又分為逆變器本體及操作控制臺(tái)兩部分。一般情況下，除去配電盤和可操作臺(tái)兩部分以外，都置于深潛艇的耐壓殼外。示意圖如圖所示。：二二：二二：二二：二：推進(jìn)控制器圖深潛艇推進(jìn)系統(tǒng)的構(gòu)成第章緒論論文將主要針對(duì)主推進(jìn)器感應(yīng)推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制進(jìn)行研究。由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是一個(gè)具有高度非線性和強(qiáng)耦合特性的系統(tǒng)而當(dāng)前針對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的大多數(shù)控制裝置都是基于局部工作點(diǎn)線性化而設(shè)計(jì)的變壓變頻控制的調(diào)速方式，當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)行點(diǎn)改變時(shí)，如負(fù)載變化、洋流大幅度波動(dòng)，或者系統(tǒng)發(fā)生故

8、障及系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生攝動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性會(huì)顯著改變。因此，有必要針對(duì)這種特殊的執(zhí)行元件研究它的解耦線性化系統(tǒng)的魯棒控制問題。另一方面，潛水電機(jī)控制系統(tǒng)往往需要兼顧多個(gè)控制目標(biāo)，如動(dòng)態(tài)性能、擾動(dòng)抑制、穩(wěn)定性等，這些性能指標(biāo)之間可能存在競(jìng)爭(zhēng)。因此，為了有效地利用系統(tǒng)的控制潛力，提高和優(yōu)化推進(jìn)控制系統(tǒng)的整體性能，有必要采用更先進(jìn)的控制理論來(lái)設(shè)計(jì)高效的控制規(guī)律，其中魯棒控制就是一種得到廣泛研究且可用于多控制目標(biāo)優(yōu)化的有效控制方法。在潛器推進(jìn)控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，可能存在著各種不同的不確定性，如穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)負(fù)載的波動(dòng)、故障引起的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變以及傳感器信號(hào)出現(xiàn)故障等。同時(shí)在系統(tǒng)模型中也存在不確定性，如模

9、型的簡(jiǎn)化，模型參數(shù)在不同工況下的攝動(dòng)和由此導(dǎo)致的解耦子系統(tǒng)的重新耦合等。隨機(jī)干擾對(duì)控制系統(tǒng)的影響也是十分明顯的，必須考慮如何抑制干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，使干擾輸入對(duì)系統(tǒng)期望輸出和其他性能指標(biāo)的影響盡量小。研究魯棒控制對(duì)改善潛器推進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性具有一定的意義。另外，自年代以來(lái)，利用各種控制理論的交流調(diào)速系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，近年來(lái)已突破了矢量控制的限制，有了各種各樣的控制方法。在各種方法中，研究者最關(guān)心的可以說(shuō)是解耦問題，把感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆蔷€性反饋，使其成為實(shí)現(xiàn)完全解耦的不同子系統(tǒng)。由此研究和設(shè)計(jì)具有優(yōu)良調(diào)速性能的高精度交流伺服系統(tǒng)。國(guó)

10、內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)從控制的角度，就采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的調(diào)速螺旋槳推進(jìn)方式而言，一個(gè)關(guān)鍵的問題也就是要解決好在螺旋槳負(fù)載下和在外界擾動(dòng)和系統(tǒng)參數(shù)不確定攝動(dòng)的影響下的推進(jìn)電機(jī)的控制問題其本質(zhì)是一個(gè)交流傳動(dòng)控制問題或哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文者稱之為運(yùn)動(dòng)控制問題。自年代以來(lái)，隨著相關(guān)控制理論的臼趨成熟和商速微處理器的出現(xiàn)，應(yīng)用各種控制理論的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱）控制系統(tǒng)不斷出現(xiàn)。按照所應(yīng)用的控制理論分類介紹如下?，F(xiàn)代控制理論在控制中的應(yīng)用現(xiàn)代控制理論也稱為線性多變量系統(tǒng)控制理論，以濾波器、極點(diǎn)配置，狀態(tài)觀測(cè)器等理論為代表，自年代初開始獲得迅速發(fā)展并在航天控制領(lǐng)域獲得巨大成功，其中以基于濾波理論的

11、（）設(shè)計(jì)理論最具代表性，但在設(shè)計(jì)理論中僅考慮了固定功率譜密度的外干擾信號(hào)（如白噪聲信號(hào)）但實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，多數(shù)情況下系統(tǒng)的干擾信號(hào)僅用這種固定干擾信號(hào)表示是不夠的，因此應(yīng)考慮各種干擾信號(hào)，即干擾信號(hào)的集合存在條件下的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題?；诖?，在魯棒控制理論發(fā)展的同時(shí)，回路傳函恢復(fù)（，簡(jiǎn)稱）理論的研究引起人們的廣泛關(guān)注。設(shè)計(jì)理論是針對(duì)全狀態(tài)反饋方法設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性（的幅值裕度和：。的相位裕度）和性能，但基于濾波器的設(shè)計(jì)穩(wěn)定儲(chǔ)備很差（，這一問題進(jìn)行研究的。為使“設(shè)計(jì)具有設(shè)計(jì)所具備的穩(wěn)定儲(chǔ)備，年和提出了把虛擬的過程噪聲作為設(shè)計(jì)參數(shù)加到設(shè)計(jì)模型輸入端的魯棒性恢復(fù)方法，即設(shè)計(jì)方法。文獻(xiàn)【】

12、提出應(yīng)用磁場(chǎng)定向技術(shù)獲得電流矢量解耦模型，根據(jù)特定的參數(shù)不確定性和性能指標(biāo)基于理論在頻域應(yīng)用回路成形技術(shù)設(shè)計(jì)了高性能的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)。在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的（無(wú)速度傳感器）矢量控制中擴(kuò)展濾波理論，和觀測(cè)器理論最小二乘類辨識(shí)算法廣泛用于系統(tǒng)參數(shù)在線辨識(shí)和狀態(tài)估計(jì)總的來(lái)說(shuō)，單就控制律的設(shè)計(jì)而言，采用純粹的現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)方式并不多見。第章緒論智能控制理論在控制中的應(yīng)用近年來(lái)在控制領(lǐng)域倍受重視的智能控制，由于它能擺脫對(duì)控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型的依賴，已成為一種解決魯棒性問題的重要方法。已經(jīng)在不同場(chǎng)合獲得實(shí)際應(yīng)用的智能控制方法和智能技術(shù)有，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、遺傳算法等。對(duì)于在電機(jī)控制系統(tǒng)引入智能控制陳伯時(shí)教

13、授的觀點(diǎn)具有一定的啟發(fā)性，“對(duì)于以電機(jī)為控制對(duì)象的傳動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其模型基本上是確定的，只是由于參數(shù)變化和擾動(dòng)作用而受到一些影響，因此沒有必要完全甩掉傳統(tǒng)的控制方法而采用純粹的智能控制，應(yīng)該在按模型控制的基礎(chǔ)上，增加一定的智能控制手段，以消除參數(shù)變化和擾動(dòng)的影響，這是在傳動(dòng)控制系統(tǒng)中引人智能控制的合理途徑，】。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有并行處理、自組織、自學(xué)習(xí)的能力，可以任意精度逼近非線性系統(tǒng)，在高性能感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)中有一定的應(yīng)用，其中較多采用的有網(wǎng)絡(luò)，（徑向基函數(shù)）網(wǎng)絡(luò)等。另外單神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在電機(jī)控制系統(tǒng)中也有一定的應(yīng)用這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直觀，算法簡(jiǎn)潔。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是用作

14、控制器和辨識(shí)器（參數(shù)估計(jì)）。文獻(xiàn)陰設(shè)計(jì)了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)伺服系統(tǒng)，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近反饋線性化控制律輸出，用一個(gè)基于穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)的自適應(yīng)補(bǔ)償控制器來(lái)補(bǔ)償反饋線性化輸出與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的誤差。而且采用了一種誤差界估計(jì)機(jī)制整個(gè)系統(tǒng)具有良好的跟蹤性能和魯棒性。文獻(xiàn)】應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估計(jì)，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)矩前饋補(bǔ)償?shù)目刂破?、，具有一定的魯棒性能。另外文獻(xiàn)【】針對(duì)不同的系統(tǒng)參數(shù)或狀態(tài)，如轉(zhuǎn)速、定、轉(zhuǎn)子電阻和磁鏈等，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了不同用途的辨識(shí)器或估計(jì)器。在高性能的感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)中很少單獨(dú)使用模糊理論設(shè)計(jì)控制器蛔一般情況下為了加快神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值的訓(xùn)練速度而將模糊理論引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成模

15、糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。文獻(xiàn)【】提出了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參考自適應(yīng)轉(zhuǎn)速辨識(shí)方法，建立了瞬時(shí)無(wú)功功率模型參考自適應(yīng)方法與模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的轉(zhuǎn)速估計(jì)模型。文獻(xiàn)【】設(shè)計(jì)了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)滑模位置伺服控制器等。遺傳算法由于受其實(shí)時(shí)性的影響極少用于系統(tǒng)控制，但其優(yōu)良的群體全哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文局尋優(yōu)能力和增強(qiáng)式學(xué)習(xí)能力常用于靜態(tài)模型參數(shù)的辨識(shí)【】或與模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合對(duì)控制器參數(shù)或結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)【】根據(jù)逆系統(tǒng)方法建立的異步電動(dòng)機(jī)線性化解耦模型。采用模糊控制策略，并利用遺傳算法對(duì)模糊控制器規(guī)則和參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明，用這種方法設(shè)計(jì)的模糊控

16、制器可兼顧到系統(tǒng)的跟蹤性能、抗擾性能和對(duì)模型參數(shù)變化的魯棒性?？偟膩?lái)說(shuō)，從所檢索的文獻(xiàn)來(lái)看，在感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)中智能技術(shù)，尤其是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，主要應(yīng)用于系統(tǒng)模型的參數(shù)辨識(shí)與估計(jì)，以提高系統(tǒng)的魯棒性。自適應(yīng)和滑模變結(jié)構(gòu)控制在控制中的應(yīng)用在電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，采用解禍后的線性控制或非線性控制可以構(gòu)成高性能的控制系統(tǒng)，進(jìn)一步要解決的問題是如何提高系統(tǒng)的魯棒性，以克服參數(shù)變化和各種擾動(dòng)的影響，對(duì)潛水電機(jī)而言主要的就是洋流和海浪的變化、深潛艇載重量的變化等。因此，自適應(yīng)控制便成為重要的研究課題。近年來(lái)，主要采用的自適應(yīng)方法有模型參考自適應(yīng)控制和參數(shù)辨識(shí)自校正控制以及各種非線性自適應(yīng)控制。但是，辨識(shí)和校

17、正本身都要有一個(gè)過程。對(duì)于因溫度變化影響電阻變化這類較慢的參數(shù)變化來(lái)說(shuō)，還來(lái)得及起校正作用；對(duì)于其他較快的影響因素，就難以得到很好的動(dòng)態(tài)效果了。正因?yàn)槿绱耍鶛z索到的大量文獻(xiàn)中很少見到完全由自適應(yīng)控制理論設(shè)計(jì)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制器，大多采用模型參考自適應(yīng)理論對(duì)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子或定子電阻、磁鏈等進(jìn)行辨識(shí)，所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)辨識(shí)機(jī)構(gòu)大都是按照穩(wěn)定性定理或者超穩(wěn)定理論設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)機(jī)制。文獻(xiàn)】中分別應(yīng)用模型參考自適應(yīng)辨識(shí)設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)予時(shí)間常數(shù)、磁鏈等的辨識(shí)器。從一定意義上說(shuō)，滑模變結(jié)構(gòu)控制也是一種自適應(yīng)的非線性控制。如何在系統(tǒng)參數(shù)不精確可知的情況下，使所設(shè)計(jì)的控制器具有簡(jiǎn)單的算法和較強(qiáng)的魯棒性以及良好的動(dòng)

18、態(tài)品質(zhì)，是潛器推進(jìn)控制系統(tǒng)面臨的一個(gè)重要問題?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制理論在解決上述問題時(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)。其主要特點(diǎn)是，根據(jù)被調(diào)量的偏差及其導(dǎo)數(shù)，有目的地使系統(tǒng)沿著設(shè)計(jì)好的“滑動(dòng)模態(tài)”的軌跡第章緒論運(yùn)動(dòng)，與被控對(duì)象的參數(shù)和擾動(dòng)無(wú)關(guān)，因而使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的魯棒性這種控制策略不需要任何在線辨識(shí)，所以很容易實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，滑模變結(jié)構(gòu)控制在電機(jī)控制領(lǐng)域獲得了不少成功的應(yīng)用，。但是滑模變結(jié)構(gòu)控制在本質(zhì)上是一種開關(guān)控制，在系統(tǒng)中不可避免地帶來(lái)“抖動(dòng)”問題，如何削弱抖動(dòng)又不失較強(qiáng)的魯棒性，是目前仍需要研究的熱點(diǎn)問題。近年來(lái)，有的文獻(xiàn)提出了將滑模變結(jié)構(gòu)控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊控制相結(jié)合的觀點(diǎn)，設(shè)計(jì)出智能變結(jié)構(gòu)的控制器并將其應(yīng)用

19、于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)隊(duì)弼；有的文獻(xiàn)提出將滑模變結(jié)構(gòu)控制與遺傳算法相結(jié)合設(shè)計(jì)出基于遺傳算法的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)滑模伺服傳動(dòng)系統(tǒng)；又有文獻(xiàn)埂出將魯棒控制理論中的線性矩陣不等式方法（沮）引入滑模變結(jié)構(gòu)控制的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出基于的滑模輸出反饋控制器。除此之外，還有相當(dāng)數(shù)量的文獻(xiàn)提出應(yīng)用滑模變結(jié)構(gòu)控制理論設(shè)計(jì)了具有良好快速收斂性的滑模觀測(cè)器，應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)參數(shù)或狀態(tài)的估計(jì)。逆系統(tǒng)控制理論在控制中的應(yīng)用逆系統(tǒng)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的非線性控制新理論，與傳統(tǒng)的非線性控制有較大差別，故將其分列出。逆系統(tǒng)方法是通過動(dòng)態(tài)系統(tǒng)“逆”的概念來(lái)研究一般非線性系統(tǒng)反饋線性化設(shè)計(jì)的一種方法逆系統(tǒng)的基本思想是：對(duì)于給定的系統(tǒng)，首先

20、，用對(duì)象的模型生成一種可用反饋方法實(shí)現(xiàn)的原系統(tǒng)缸階積分逆系統(tǒng)”，將對(duì)象補(bǔ)償成為具有線性傳遞關(guān)系的且己解耦的規(guī)范化系統(tǒng)偽線性系統(tǒng)，然后再用線性系統(tǒng)的各種設(shè)計(jì)理論來(lái)完成偽線性系統(tǒng)的綜合其突出特點(diǎn)是可以不受仿射非線性這個(gè)形式的限制，而直接以一般非線性系統(tǒng)作為考察對(duì)象，為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論的研究提供了一種一般的途徑和方法。逆系統(tǒng)控制在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制中有一些研究成果發(fā)表。從發(fā)表的文獻(xiàn)看，基于逆系統(tǒng)理論的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制都沒有考慮系統(tǒng)的魯棒性問題。在這個(gè)領(lǐng)域應(yīng)該還有很多理論工作需要做。哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文。非線性控制理論在控制中的應(yīng)用從本質(zhì)上看，感應(yīng)式潛水電機(jī)是一個(gè)非線性多變量系統(tǒng)，應(yīng)該在非線性控制理論

21、的基礎(chǔ)上研究其控制策略，才能真正揭示問題的本質(zhì)。近年來(lái)，由于電力電子變頻器性能的改善和微處理器能力的增強(qiáng)。實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法已不成問題，因此交流電機(jī)的各種非線性控制策略便成為研究工作的熱點(diǎn)。在這方面，已經(jīng)取得的成果有非線性反饋解耦與精確線性化控制；基于無(wú)源性（）的能量成形（）非線性控制【竭；基于逐步后推（）設(shè)計(jì)方法的非線性控制等【，但由于它們的共同基礎(chǔ)是已知參數(shù)的電機(jī)模型，不考慮系統(tǒng)參數(shù)的攝動(dòng)問題，因此參數(shù)的變化仍不可避免地要影響控制系統(tǒng)的魯棒性。在以上所述的非線性控制策略中，尤其以微分幾何控制和直接反饋線性化兩種解耦控制方式涉及最多。微分幾何控制的核心問題是精確反饋線性化，他通過局部微分同

22、胚變換，對(duì)仿射型非線性系統(tǒng)在滿足可控性、矢量場(chǎng)生成、對(duì)合性和凸性四個(gè)條件下，將非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為線性控制問題，最后根據(jù)線性系統(tǒng)控制理論得到非線性控南規(guī)律。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)微分幾何控制進(jìn)行了大量的研究，取得了許多研究成果鍺】。遺憾的是，針對(duì)這種解耦模型，在所檢索的文獻(xiàn)中對(duì)其魯棒性能設(shè)計(jì)卻極少涉及到。另外，微分幾何解耦控制所涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)抽象，物理概念不太清晰。直接反饋線性化（理論是一種使非線性系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線性化的非線性控制理論。這種方法能夠把控制手段和控制目標(biāo)與系統(tǒng)的輸入和輸出方程相結(jié)合，通過虛擬控制輸入量的建立，直接就可以找到非線性反饋控制器規(guī)律，從而使原非線性系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線性化。相對(duì)于基于

23、微分幾何的反饋解耦控制，這種非線性控制方法具有數(shù)學(xué)描述簡(jiǎn)潔，物理概念清晰等顯著優(yōu)點(diǎn)。這種方法在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中得到了一些應(yīng)用。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢量解耦控制德國(guó)西門子公司的等提出的“感應(yīng)電機(jī)磁場(chǎng)定向的控制原理”和美國(guó)與申請(qǐng)的專利“感應(yīng)電機(jī)定子電壓的坐標(biāo)變換第章緒論控制”奠定了矢量控制技術(shù)的基礎(chǔ)。其基本思想是通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（解耦等效為一臺(tái)直流電機(jī)，系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)和磁鏈子系統(tǒng)構(gòu)成，從而可以象直流電機(jī)那樣進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)矩和磁通控制。矢量控制已經(jīng)獲得成熟的應(yīng)用，然而它們都只是從物理關(guān)系上構(gòu)成轉(zhuǎn)矩與磁鏈的近似解耦控制，沒有或較少應(yīng)用控制理論嘲。在實(shí)際中討論和應(yīng)用較多的是按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控

24、制和按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。由此又衍生出間接磁場(chǎng)定向控制（轉(zhuǎn)差頻率矢量控制）、氣隙磁場(chǎng)定向控制、電壓定向矢量控制系統(tǒng)等。以前兩種控制方式而言，矢量控制對(duì)系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)和干擾是很敏感的，嚴(yán)重情況下將使系統(tǒng)性能惡化，使解耦不成立。例如有研究表明，與系統(tǒng)性能密切相關(guān)的轉(zhuǎn)予電阻在運(yùn)行過程中阻值變化可達(dá)甚至更大，在這種情況下若再按解耦子系統(tǒng)分別控制是不可能獲得良好性能的。針對(duì)上面提到的各種問題，各種參數(shù)和狀態(tài)的在線辨識(shí)和估計(jì)方法在電機(jī)矢量控制中得到廣泛的研究和應(yīng)用，最具代表性的有基于擴(kuò)展濾波器的系統(tǒng)參數(shù)、轉(zhuǎn)速辨識(shí)算法（，】；基于模型參考自適應(yīng)辨識(shí)理論的速度、磁鏈估計(jì)算法隊(duì)的】；基于（模糊）神經(jīng)網(wǎng)

25、絡(luò)的系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)、轉(zhuǎn)速和磁鏈估計(jì)嗍；基于滑模交結(jié)構(gòu)理論的磁鏈狀態(tài)觀測(cè)器，基于數(shù)字濾波器技術(shù)的磁鏈估計(jì)算法嘲，基于小波理論的速度估計(jì)方法等。理論研究表明，從數(shù)學(xué)上講，矢量控制無(wú)異于其他數(shù)學(xué)解耦方式，只是矢量控制使用的是旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)變換，且理論研究和仿真試驗(yàn)結(jié)果都表明【】，矢量控制僅僅實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)過程中磁鏈子系統(tǒng)的部分解耦，而轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)中仍然包含磁鏈項(xiàng)，當(dāng)且僅當(dāng)磁鏈達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)才實(shí)現(xiàn)解耦，而譬如基于微分幾何的感應(yīng)電機(jī)解耦方案和直接反饋線性化方法則是實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)過程中磁鏈子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的完全解耦理論上，從控制性能而言，后者解耦控制方案應(yīng)該優(yōu)于前者【”。魯棒控制理論在控制中的應(yīng)用魯棒控制理論可

26、分為線性系統(tǒng)魯棒控制理論和非線性魯棒控制理論。前者理論體系已較完善。而后者正在進(jìn)一步發(fā)展之中。哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文線性系統(tǒng)魯棒控制理論以凰魯棒控制理論為典型代表。毗控制理論是在如空間（空間通過某些性能指標(biāo)的無(wú)窮范數(shù)優(yōu)化而獲得具有魯棒性能的控制器的一種控制理論。砥空間是在開右半平面解析且有界的矩陣函數(shù)空間。范數(shù)的物理意義是它代表系統(tǒng)獲得的最大能量增益。魯棒控制理論的實(shí)質(zhì)是為多輸入多輸出（）且具有模型攝動(dòng)的系統(tǒng)提供了一種頻域的魯棒控制器設(shè)計(jì)方法。如魯棒控制理論很好地解決了常規(guī)頻域理論不適于系統(tǒng)設(shè)計(jì)及理論不適于模型攝動(dòng)情況兩個(gè)難題，其計(jì)算復(fù)雜的缺點(diǎn)也因計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)軟件開發(fā)工具箱的

27、出現(xiàn)而得到克服，故近十年來(lái)已成為控制理論的一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。研究表明，比優(yōu)化設(shè)計(jì)確實(shí)是一種能使控制系統(tǒng)達(dá)到最好魯捧性的設(shè)計(jì)方法。有人認(rèn)為。優(yōu)化設(shè)計(jì)是迄今為止可以保證反饋系統(tǒng)達(dá)到實(shí)際魯棒性的唯一令人滿意的設(shè)計(jì)方法。在控制領(lǐng)域取得了大量的研究成果【泖和應(yīng)用成果甜。盡管魯棒控制在研究和應(yīng)用領(lǐng)域取得了豐碩的成果，但其應(yīng)用于電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究還處于起步階段，研究成果還不多見。國(guó)內(nèi)可檢索到的代表性的文獻(xiàn)主要出自清華大學(xué)自動(dòng)化系孵和沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院進(jìn)行的凰魯棒運(yùn)動(dòng)控制研究。實(shí)現(xiàn)具有較高動(dòng)態(tài)性能（快調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)），能抑制參數(shù)攝動(dòng)與外部擾動(dòng)且算法簡(jiǎn)單的控制策略是當(dāng)前交流電機(jī)調(diào)速

28、系統(tǒng)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。上節(jié)介紹的矢量控制使交流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展獲得質(zhì)的飛躍，但矢量控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的敏感性很大，轉(zhuǎn)子電阻及負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生影響，轉(zhuǎn)子電阻隨溫度變化，使電動(dòng)機(jī)的控制性能變差。針對(duì)矢量控制存在的缺點(diǎn)與不足，研究人員進(jìn)行了廣泛深入的研究，試圖將各種先進(jìn)控制理論與方法應(yīng)用于交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)以改善其性能，如上文介紹的解耦控制、自適應(yīng)控制、滑?？刂?、智能控制等。如上文所述，各種解耦控制多數(shù)采用基于微分幾何理論的反饋線性化，有的文獻(xiàn)，采用了逆系統(tǒng)反饋線性化，文獻(xiàn)，采用了直接反饋線性化（）。與前兩種反饋線性化方法對(duì)比，所需數(shù)學(xué)工具比較簡(jiǎn)單，保留了原狀態(tài)變量的物理意義，物理概念清

29、晰，便于工程應(yīng)用但上述提及的文獻(xiàn)采用的都是精確模型，未考慮電機(jī)定、轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)攝動(dòng)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化及干擾的影響，即沒有考慮系統(tǒng)魯棒性問題。第章緒論在魯棒控制方面，文獻(xiàn)，采用凰抗干擾控制達(dá)到預(yù)期的魯棒性能指標(biāo)和閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定。與自適應(yīng)控制相比，戰(zhàn)控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯棒性能好的特點(diǎn)。但文獻(xiàn)，采用基于微分幾何的反饋線性化，輸出方程中未采用偏差量為輸出變量，而引進(jìn)了參考模型，使問題復(fù)雜化：加權(quán)函數(shù)的優(yōu)化是魯棒控制的關(guān)鍵，需要反復(fù)試選，文獻(xiàn)用解不等式方法來(lái)求狀態(tài)反饋控制器，加權(quán)函數(shù)陣的優(yōu)化比較困難：很難求取最優(yōu)控制器?；谶@些問題，在考慮了系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)攝動(dòng)和負(fù)載變化不確定情況下，文獻(xiàn)提出了利用直接反饋線

30、性化構(gòu)建電機(jī)的魯棒控制模型，以進(jìn)行模型的不確定性和干擾分析，通過解如控制標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)問題來(lái)求解同時(shí)具備參數(shù)攝動(dòng)魯棒鎮(zhèn)定性能和干擾抑制性能的最優(yōu)控制器。文獻(xiàn)對(duì)比研究了在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中基于擾動(dòng)觀測(cè)器的控制與控制的性能，提出一種新的魯棒運(yùn)動(dòng)控制方法，可有效抑制干擾的影響。由于非線性魯棒控制理論正處于發(fā)展完善的過程中，要將其較復(fù)雜的理論應(yīng)用到實(shí)際的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中需要一定的時(shí)間，故這方面的參考文獻(xiàn)所見不多最近幾年，基于耗散理論的魯棒非線性控制方法獲得較多的關(guān)注，這類方法主要包括增益方法、無(wú)源化方法等。文獻(xiàn)基于無(wú)源化方法設(shè)計(jì)了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，著重用實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證了基于無(wú)源化方法設(shè)計(jì)的感應(yīng)電動(dòng)

31、機(jī)控制系統(tǒng)在速度、位置和磁鏈跟蹤方面的性能，并比較了這種控制器與基于觀測(cè)器的自適應(yīng)控制器的性能。魯棒控制?？刂评碚摳攀觥？刂评碚摦a(chǎn)生的背景由于各種復(fù)雜因素，控制系統(tǒng)本身存在著不確定性，不確定性包括系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型本身的不確定性和外界干擾的不確定性。反饋控制的重要意義在于克服或減小不確定性影響使系統(tǒng)達(dá)到要求的性能。因此，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是和不確定性研究密切相關(guān)的。從世紀(jì)年代發(fā)展起來(lái)的基于頻率域設(shè)計(jì)的經(jīng)典控制理論，利用增益裕度和相位裕度的概念來(lái)研究反饋系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)能滿足要求的性能，哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文一；并且有一定的魯棒穩(wěn)定性和性能。應(yīng)用這種設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)者可以在一定程度上設(shè)計(jì)出具有期望開

32、環(huán)頻率響應(yīng)特性的系統(tǒng)，由于在設(shè)計(jì)時(shí)保留了一定的增益和相位裕度儲(chǔ)備，所以當(dāng)存在較大的對(duì)象模型攝動(dòng)時(shí)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)通過在低頻段設(shè)置高增益，來(lái)達(dá)到抑制干擾的目的。因此用經(jīng)典方法設(shè)計(jì)的反饋系統(tǒng)本質(zhì)上是魯棒的。由于方法簡(jiǎn)單、有效，所以一直到現(xiàn)在仍是工程上最普遍使用的方法，但不足之處是無(wú)法直接應(yīng)用于多輸入多輸出（加）系統(tǒng)設(shè)計(jì)。隨著線性系統(tǒng)狀態(tài)空間設(shè)計(jì)理論的成熟，到了年代，出現(xiàn)了以思想為基礎(chǔ)的，以最優(yōu)調(diào)節(jié)和濾波器為中心的反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，從航空航天、振動(dòng)控制開始，在許多領(lǐng)域，時(shí)至今日，仍然是多變量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種經(jīng)典方法。但是方法的一個(gè)主要問題是設(shè)計(jì)中需將干擾信號(hào)假定為白噪聲，當(dāng)然也可將這種方法擴(kuò)展

33、到非自噪聲干擾的情況，但只有在所施加的干擾具有預(yù)先給定的統(tǒng)計(jì)特性時(shí)才能保證系統(tǒng)的最優(yōu)性。而在實(shí)際情況中，干擾的統(tǒng)計(jì)特性確定而且己知的情況是很少的，而且通常在同一控制系統(tǒng)中還施加有各種不同的干擾。具體的說(shuō)，在不同的運(yùn)行條件下干擾的頻譜特性可能是會(huì)改變的，如果僅僅針對(duì)某一固定頻譜特性的干擾才能保證系統(tǒng)最優(yōu)的控制在實(shí)際應(yīng)用中就會(huì)受到很大的限制，其控制效果會(huì)與人們的期望大相徑庭。此外，這也是線性狀態(tài)控制設(shè)計(jì)理論的共性，設(shè)計(jì)需要系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)系統(tǒng)模型存在不確定性時(shí)，設(shè)計(jì)不能保證系統(tǒng)的魯棒性。由于設(shè)計(jì)理論對(duì)于線性系統(tǒng)控制的完美性，許多學(xué)者都曾致力于研究解決設(shè)計(jì)存在的題，包括年代末和的重要工作【蚓，

34、但結(jié)論都是有限的，沒有從根本上解決問題。需要精確的模型，性能要求難于轉(zhuǎn)變成代價(jià)函數(shù)以及缺乏對(duì)魯棒性分析的自然和有效的工具，這些都阻礙了將狀態(tài)空間法用于許多缺乏精確數(shù)學(xué)模型的控制問題。因此在年代后期，又興起了對(duì)頻域設(shè)計(jì)研究的興趣，和等學(xué)者將穩(wěn)定判據(jù)推廣到多變量系統(tǒng)，并形成了多變量控制系統(tǒng)頻率域設(shè)計(jì)理論，這主要有的逆奈氏陣列（日）法、的特征軌跡（）法、的并矢展開法和的序列回差法，其中一些方法在實(shí)際中獲得了大量的應(yīng)用，雖然這些方法很成功第章緒論地將許多經(jīng)典的頻域概念推廣到多變量情況，但是在魯捧性方面卻不能令人滿意。年，由于和的杰出工作，使矩陣奇異值成為系統(tǒng)反饋性質(zhì)精確的定量度量。他們指出，影響系統(tǒng)魯

35、棒性的是系統(tǒng)回差矩陣或逆回差矩陣奇異值，并給出了保證系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性和提高系統(tǒng)性能的不等式，以奇異值為基礎(chǔ)的分析方法開始成為線性多變量系統(tǒng)魯棒性分析最有效的工具嘲。也就是在年，博士發(fā)表了標(biāo)志?？刂普Q生的著名論文，他將系統(tǒng)的。范數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。的論文主要是針對(duì)設(shè)計(jì)中干擾信號(hào)采用白噪聲的假設(shè)存在局限性和不現(xiàn)實(shí)性而展開的，文中考慮了一個(gè)單輸入單輸出（）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題，要求設(shè)計(jì)一個(gè)控制器，使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定且干擾輸入對(duì)系統(tǒng)輸出影響最小，對(duì)干擾的假設(shè)己不再是固定的、有己知功率譜的信號(hào)，而是一個(gè)具有有限能量的已知信號(hào)集。論文將系統(tǒng)中干擾至誤差信號(hào)的傳遞函數(shù)，即靈敏度函數(shù)的比范數(shù)做為評(píng)價(jià)這類干擾

36、影響的指標(biāo)。由于傳遞函數(shù)的如范數(shù)描述了系統(tǒng)對(duì)有限能量輸入信號(hào)的最大增益，所以如果使靈敏度函數(shù)的。范數(shù)達(dá)到最小，那么具有有限功率譜的干擾對(duì)系統(tǒng)誤差的影響將會(huì)降到最低程度。這就是凰控制最初的基本思想。指出，以。范數(shù)作為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)的主要優(yōu)點(diǎn)，一是可以處理有界干擾和存在干擾功率譜變化的控制問題，而二次型優(yōu)化方法無(wú)法解決后者；二是范數(shù)具有乘法性質(zhì)，即形如劍。，而二次型范數(shù)沒有這個(gè)這一性質(zhì)，而這一點(diǎn)對(duì)研究對(duì)象在存在不確定影響下系統(tǒng)韻魯棒穩(wěn)定性問題是非常有用的。￥和的研究成果都選擇了以經(jīng)典設(shè)計(jì)方法作為基礎(chǔ)，從而使頻域理論重新引起人們的重視，對(duì)整個(gè)世紀(jì)年代控制理論的研究產(chǎn)生了深刻的影響。許多學(xué)者從

37、不同角度，將抑制干擾，魯棒鎮(zhèn)定等問題也納入凰設(shè)計(jì)的框架來(lái)進(jìn)行研究，逐漸形成了完整的如控制理論體系。時(shí)至今日，。控制理論已取得了大量引人矚目的研究成果，并且仍在不斷發(fā)展。由于所表現(xiàn)出的固有特點(diǎn)，它己在控制理論中確定了重要的地位，成為控制理論中一個(gè)十分活躍的研究領(lǐng)域。周克敏博士在他與和的著作】將涪譯為“愛趣無(wú)窮”，對(duì)這一理論的推崇由此可見一斑。哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文。制理論研究的歷程和現(xiàn)狀從年博士發(fā)表的論文開始，在最初幾年，?？刂评碚摰难芯恐饕性陟`敏度最小化、魯棒鎮(zhèn)定等問題，重點(diǎn)是應(yīng)用算子和插值理論進(jìn)行理論方面的研究，之后很快出現(xiàn)了對(duì)一般性的腿優(yōu)化問題理淪和算法的研究。年給出了狀態(tài)空間算法

38、【】，雖然求解過程復(fù)雜，但畢竟己能應(yīng)用通常的實(shí)數(shù)矩陣計(jì)算手段求得最優(yōu)解。這一結(jié)果預(yù)示著比控制理論己克服了重大的技術(shù)障礙。年，在公司等主辦的?？刂茖ｎ}研討會(huì)上，確認(rèn)了?？刂埔褟膶W(xué)術(shù)研究課題轉(zhuǎn)為實(shí)際控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具。從年及早些時(shí)候開始，出現(xiàn)了基于狀態(tài)空問算法的軟件包，并出現(xiàn)了應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)問題的研究。雖然這些研究結(jié)果幾乎都處于仿真及半實(shí)物仿真、設(shè)計(jì)過程采用的算法也較為復(fù)雜，但畢竟已脫離了單純理論上的研究，和實(shí)際工程問題密切結(jié)合了起來(lái)。年，在對(duì)原有算法進(jìn)行簡(jiǎn)化研究的同時(shí)，和等人又發(fā)表了與原算法完全不同的且更為簡(jiǎn)單的新算法，僅需通過求解兩個(gè)代數(shù)方程就可求得凰優(yōu)化控制器，且階次等于廣義對(duì)象的階次，同時(shí)

39、期也出現(xiàn)了一些簡(jiǎn)化算法，使理論上的研究出現(xiàn)了許多新的成果，也為戰(zhàn)控制的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件。如果將此之前看成是戰(zhàn)控制理論的一個(gè)發(fā)展階段，那么年以后己出現(xiàn)了第二個(gè)發(fā)展階段，這個(gè)階段的研究除了對(duì)算法進(jìn)行簡(jiǎn)化之外，更加重視理論和其它理論的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)其評(píng)價(jià)也更為客觀，研究的內(nèi)容也更加廣泛，同時(shí)就各種應(yīng)用問題，特別是應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，也開展了積極的研究。年研究的問題是在不確定性干擾影響下系統(tǒng)的。靈敏度優(yōu)化問題，只對(duì)簡(jiǎn)單的情況，即具有一個(gè)右復(fù)半面零點(diǎn)的情況求解，而且在最優(yōu)化指標(biāo)中所選擇的。范數(shù)也還沒有定義相應(yīng)的內(nèi)積，因而沒有辦法使用正交性這一最優(yōu)化的有力工具。年和使用最優(yōu)插值理論求得了問題的解【“”年吼和

40、使用的算子理論求解，理論使最優(yōu)控制器的計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二次型極小化問題【瑚。接著許多學(xué)者又將。靈敏度優(yōu)化問題推廣到系統(tǒng)。、和使用的算予理論進(jìn)行求解【，和使用了理論和矩陣?yán)碚摰谡戮w論相結(jié)合的方法。和研究了凰優(yōu)化問題和范數(shù)逼近的關(guān)系，使用內(nèi)矩陣和外矩陣概念，使鞏優(yōu)化問題變?yōu)榉稊?shù)逼近問題求解。由于內(nèi)外矩陣分解、范數(shù)逼近等都能在狀態(tài)空間框架內(nèi)求解，所以，整個(gè)。優(yōu)化問題可以應(yīng)用狀態(tài)空間方法求解。這時(shí)。優(yōu)化問題研究己突破靈敏度這樣特殊問題限制，開始向更一般性的問題拓展。由于實(shí)際系統(tǒng)同時(shí)存在模型不確定性和干擾的影響，所以多目標(biāo)的二優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是重要的問題。這方面工作主要集中在混合靈敏度鼬化設(shè)計(jì)問題，系統(tǒng)

41、設(shè)計(jì)的目的是保證系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性，并且具有良好性能。將問題轉(zhuǎn)化為多項(xiàng)式方程或多項(xiàng)式矩陣方程求解。和將其變?yōu)閷拵ヅ鋯栴}求解。事實(shí)上，對(duì)于上述問題，特別是混合靈敏度問題的研究，很快就發(fā)展為對(duì)一般性優(yōu)化問題，即標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化問題的研究，而上述問題都是其特殊情況這對(duì)于。設(shè)計(jì)發(fā)展成為一種完整的理論是十分重要的。提出了最早期的狀態(tài)空間算法，他提出的方法，使標(biāo)準(zhǔn)的。優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)一些方程和由的范數(shù)逼近問題的求解?？梢哉f(shuō)在年前后，?？刂茦?biāo)準(zhǔn)問題的狀態(tài)空間算法己經(jīng)初步確立了，而且控制己從學(xué)術(shù)研究范疇進(jìn)入到實(shí)際控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。此時(shí)開始使用的狀態(tài)空間算法后來(lái)被稱之為“方法?！胺椒ㄔ跀?shù)學(xué)結(jié)構(gòu)土艱深而完美，同眩，為求解而

42、付出的計(jì)算量是相當(dāng)大豹。由于在計(jì)算中的幾個(gè)方程使維數(shù)增加。求解控制器的過程非常復(fù)雜，且控制器維數(shù)也很高。為了減少計(jì)算的復(fù)雜性和降低控制器的維數(shù)，許多學(xué)者進(jìn)行了深入的研究由于“方法主要集中在問題的算法上，所以簡(jiǎn)化工作大都是針對(duì)這類問題展開的。、等研究。優(yōu)化設(shè)計(jì)中零極點(diǎn)對(duì)消現(xiàn)象，給出了控制器階次的上界，指出其上界不大于廣義對(duì)象的階次【。提出了一種降低控制器階次的方法，并給出了問題的計(jì)算方法，、等將塊就化問題最優(yōu)值用算子的譜半徑來(lái)刻劃，根據(jù)等原來(lái)所研究的二次型問題譜理論的結(jié)果，繪出了求算子譜半徑的狀態(tài)空間算法。即線性二次型逼近的方法，其主要優(yōu)點(diǎn)是在一步計(jì)算后就可精確評(píng)估性能最憂值，計(jì)算速度快【。對(duì)于

43、和塊問題的簡(jiǎn)化和快速哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文計(jì)算進(jìn)行了深入研究【¨。等給出了當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)相當(dāng)實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)。問題算法。年空制理論進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期，在”狀態(tài)空間控制設(shè)計(jì)方法提出和完善的同時(shí)，還出現(xiàn)了很多其它的設(shè)計(jì)方法，如（發(fā)展了插值理論的解法，提出了稱之為共軛化的設(shè)計(jì)方法，這種借助于端口網(wǎng)絡(luò)無(wú)損性概念的設(shè)計(jì)方法更具有直觀性【”。使用插值理論，把優(yōu)化問題處理成兩個(gè)單邊的模型匹配問題，控制器計(jì)算也僅需解兩個(gè)方程。在其原來(lái)工作的基礎(chǔ)上，提出了處理一般性問題的基于多項(xiàng)式矩陣的。優(yōu)化算法【娜。等提出了混合靈敏度。優(yōu)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化算法，建立在“方法的基礎(chǔ)上，但也僅需解兩個(gè)稻：方程而求得控制器，且計(jì)算中方程

44、正定解保證存在，這是一個(gè)很大的特點(diǎn)【】。線性矩陣不等式（）方法可以認(rèn)為是對(duì)方法的改進(jìn)。利用對(duì)。凸?fàn)顟B(tài)空間參數(shù)化的觀點(diǎn)，通常的個(gè)方程被個(gè)不等式所替代¨，求得的控制器是由對(duì)稱矩陣產(chǎn)生的，并且滿足個(gè)矩陣不等式。這種基于的空制是目前。控制研究的一個(gè)熱點(diǎn)。年，出版“控制理論和應(yīng)用中的線性矩陣不等式”專輯，專輯中的篇文章對(duì)問題作了深入的研究【捌。除了對(duì)于線性定常、集中參數(shù)、連續(xù)系統(tǒng)的研究，玨?？刂评碚撗芯康念I(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已涉及到時(shí)變、時(shí)滯、非線性、分布參數(shù)、離散系統(tǒng)等的研究。以控制方式來(lái)看，也已經(jīng)從常規(guī)反饋控制向多種方式發(fā)展，如采用兩自由度控制器、自適應(yīng)控制、分散控制等。在?？刂评碚撆畈l(fā)展的同

45、時(shí)，工程技術(shù)人員也努力的將這一理論應(yīng)用于工程實(shí)際并取得了一定的成果。文獻(xiàn)【】就這方面的內(nèi)容進(jìn)行了比較全面的總結(jié)。論文的研究目的和工作論文主要從控制角度出發(fā)，將魯棒?？刂评碚撘霛撈魍七M(jìn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，希望以此來(lái)解決因推進(jìn)電機(jī)模型參數(shù)（如定子、轉(zhuǎn)子電阻及轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)等）攝動(dòng)而影響系統(tǒng)控制性能的問題，提高推進(jìn)系統(tǒng)抗干擾能力和應(yīng)對(duì)負(fù)第章緒論載大范圍波動(dòng)的能力，在一定程度上解決多控制目標(biāo)綜合問題，提高潛器推進(jìn)控制系統(tǒng)的整體性能。圍繞這一目標(biāo)，論文主要做了以下幾個(gè)方面的工作：（）對(duì)論文所涉及到魯棒地艘制理論進(jìn)行了研究，在研究和分析這些理論的基礎(chǔ)上，明確了應(yīng)用這些理論的前提條件及理論對(duì)具體的控制對(duì)象模型的

46、要求。（）由于深潛艇推進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有非線性、強(qiáng)耦合特性，為便于使用線性魯棒控制理論分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，在將軸系阻尼也納入推進(jìn)電機(jī)模型的情況下，基于非線性系統(tǒng)的微分幾何理論，研究了推進(jìn)電機(jī)分別在電壓源逆變器和電流源逆交器驅(qū)動(dòng)時(shí)的解耦線性化模型，在兩種情況下，分別得到完全解耦線性化的轉(zhuǎn)速予系統(tǒng)和磁鏈子系統(tǒng)，并且通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)處理，消除了原解耦線性化子系統(tǒng)位于虛軸上的極點(diǎn)，獲得了便于應(yīng)用鞏控制理論來(lái)進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)的傳遞函數(shù)表達(dá)式。（）為了更加真實(shí)的研究螺旋推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)在潛器上的工作情況，在潛器空間運(yùn)動(dòng)模型基礎(chǔ)上，建立了螺旋槳運(yùn)動(dòng)的仿真模型和艇漿一體化模型為推進(jìn)系統(tǒng)仿真奠定了基礎(chǔ)。（）在基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制中，系統(tǒng)性能受轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)變化的影響很大，為了解決這一問題，研究了矢量控制模型和實(shí)現(xiàn)矢量控制所應(yīng)該滿足的一個(gè)充分必要條件，提出了一種新的輸入輸出解耦模型，通過施加非線性項(xiàng)對(duì)原系統(tǒng)的耦合項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償。在此基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)表達(dá)為含參數(shù)攝動(dòng)矩陣的狀態(tài)空間模型。應(yīng)用奇異值分解定理，設(shè)計(jì)了一種參數(shù)攝動(dòng)矩陣的分解方法，在擾動(dòng)抑制的二次性能指標(biāo)下，應(yīng)用。狀態(tài)反饋控制理論設(shè)計(jì)魯棒控制器。（）雖然如控制和綜合等