具有魯棒性的最優(yōu)干擾觀測(cè)器的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)及其應(yīng)用.pdf

1、高性能高精度運(yùn)動(dòng)控制是提升機(jī)器人行為能力的重要因素之一。隨著對(duì)機(jī)器人控制性能的要求越來(lái)越高，機(jī)器人伺服運(yùn)動(dòng)控制方法已經(jīng)從基于單純反饋控制的階段發(fā)展為采用非線性、魯棒、智能控制等先進(jìn)控制方法的階段。針對(duì)機(jī)器人受控對(duì)象存在強(qiáng)耦合、參數(shù)攝動(dòng)和未建模擾動(dòng)等特性，需要采用高效的控制策略才能滿足其對(duì)于伺服控制高精度性能指標(biāo)的要求。干擾觀測(cè)器是提高耦合、擾動(dòng)系統(tǒng)魯棒性的有效的手段，而被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的伺服控制中，以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的定位控制、跟

2、蹤控制等目標(biāo)。
　　本文從干擾和噪聲的最優(yōu)抑制角度出發(fā)，研究干擾觀測(cè)器最優(yōu)魯棒設(shè)計(jì)方法及其在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。具體研究工作包括以下幾個(gè)方面：
　　(1)在干擾觀測(cè)器設(shè)計(jì)理論方面，考慮到現(xiàn)有干擾觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法缺乏系統(tǒng)性和全局最優(yōu)性的問(wèn)題,利用H∞范數(shù)定義包括干擾抑制性能、噪聲抑制性能、魯棒性等優(yōu)化性能在內(nèi)的優(yōu)化評(píng)價(jià)函數(shù)，通過(guò)理論分析和數(shù)學(xué)變換，建立了優(yōu)化干擾觀測(cè)器的新的系統(tǒng)性求解方法。通過(guò)提出虛擬回路成形概念，將干擾觀測(cè)器的設(shè)

3、計(jì)問(wèn)題變換為等效的虛擬回路成形問(wèn)題；在此基礎(chǔ)上，深入考察了干擾觀測(cè)器Q–濾波器的階次和結(jié)構(gòu)條件(如整體階次、相對(duì)階次、內(nèi)模階次等)，并轉(zhuǎn)化成虛擬受控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和加權(quán)函數(shù)的階次及構(gòu)造約束。通過(guò)以上變換，可以將帶有多個(gè)約束條件的非標(biāo)準(zhǔn)H∞干擾觀測(cè)器設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為滿足標(biāo)準(zhǔn)性前提條件又不帶結(jié)構(gòu)約束的H∞范數(shù)優(yōu)化問(wèn)題，以便用直接的系統(tǒng)性求解方法設(shè)計(jì)優(yōu)化干擾觀測(cè)器。
　　(2)針對(duì)模型參數(shù)攝動(dòng)時(shí)的魯棒穩(wěn)定性問(wèn)題，考慮到現(xiàn)有干擾觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法只

4、保證局部回路的魯棒穩(wěn)定性，而無(wú)法保證整體閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性，提出一種帶有干擾觀測(cè)器的閉環(huán)反饋系統(tǒng)對(duì)受控對(duì)象不確定性的魯棒穩(wěn)定性充分條件，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)選取滿足此充分條件的加權(quán)函數(shù)，保證標(biāo)準(zhǔn)H∞干擾觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法對(duì)于受控對(duì)象參數(shù)變化具有魯棒穩(wěn)定性。利用加權(quán)函數(shù)選取的自由度，在干擾觀測(cè)器的Q–濾波器設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)其在截止頻率上的高峰幅度與干擾抑制性能之間的最佳折衷，使得干擾觀測(cè)器在滿足其高峰幅度指標(biāo)的條件下具有最優(yōu)干擾抑制性能。
　

5、　(3)研究了基于魯棒Q–濾波器調(diào)度的干擾觀測(cè)器的伺服控制系統(tǒng)，通過(guò)分析對(duì)象的狀況及控制要求，實(shí)現(xiàn)在多個(gè)具有不同控制目的的Q–濾波器之間的切換。一般情況下，在一個(gè)具有固定低通濾波器的干擾觀測(cè)器系統(tǒng)中，無(wú)振動(dòng)無(wú)過(guò)調(diào)的平滑動(dòng)態(tài)過(guò)渡特性和靜態(tài)干擾抑制性能很難同時(shí)得到保證。本文提出了Q-濾波器調(diào)度干擾觀測(cè)器：具有不同功能的多個(gè)Q-濾波器根據(jù)切換邏輯的結(jié)果被切換，使得系統(tǒng)具有無(wú)振動(dòng)過(guò)渡特性和更精確的靜態(tài)特性。所有Q–濾波器按照魯棒干擾觀測(cè)器設(shè)計(jì)方