魯棒控制 LMI處理方法

2021-10-16 08:53:29 字數 2912 閱讀 4388

系統的h∞範數對應於bode圖中幅值曲線的峰值,而系統的h2範數則對應於bode圖中幅值曲線下方的面積。

h∞範數不超過乙個上界,h2範數盡可能小,以保證系統對於不確定性具有魯棒穩定性,並表現出更好的效能。

在狀態反饋情況下,閉環系統的h∞效能並不能通過增加控制器的階數來加以改進,因此,系統的h∞狀態反饋控制器,總是能夠選擇乙個靜態控制律。

matlab中計算hinf最優控制器命令為:hinfsyn 或者 hinflmi。

連續系統控制器求解舉例:

% hinflmi

clear;clc;

a =[0]

;b =[1

2];c =[1

;-1]

;d =[0

0;10

];p =ltisys

(a,b,c,d)

;% 計算效能指標,和最優控制器k的系統矩陣

[gopt,k]

=hinflmi

(p,[1,

1])% 計算控制器k的狀態空間實現

[ak,bk,ck,dk]

=ltiss

(k)% 如果要求滿足hoo效能gama<

10的乙個次優hoo控制器,輸入為:

%[g,k]

=hinflmi

(p,[1,

1],10

)% 可以求出滿足線性矩陣不等式矩陣x = y1,y = x1

%[g,k,x1,x2,y1,y2]

=hinflmi

(p,[1,

1],10

);%得到控制器矩陣k之後,計算閉環系統:

clsys =

slft

(p,k)

% 檢測系統閉環穩定性,spol返回系統的閉環極點

spol

(clsys)

% 從外部擾動w到被調輸出z的閉環系統的rms增益為:

norminf

(clsys)

% 繪製閉環響應曲線

splot

(clsys,

'bo');

splot

(clsys,

'st'

);

% hinfsyn

gp =

ss(a,b,c,d)

;[kp,cl,gamma]

=hinfsyn

(gp,1,

1);% cl相當於閉環之後的系統,也可以用下面語句求閉環系統

gpc =

lft(gp,kp)

;step

(cl)

% 閉環系統的奇異值圖,以確定最大奇異值不超過gamma

sigma

(cl,

ss(gamma)

)% 限制gamma的範圍

ncont =1;

nmeas =1;

gamrange =

[1.4

1.6]

;[k,cl,gamma,info]

=hinfsyn

(gp,nmeas,ncont,

'gmin'

,1.4

,'gmax'

,1.6

)step

(cl)

% 如果嘗試獲得任何控制器都無法達到的效能水平,則會通知目標太小,

% 並返回空控制器和閉環系統。

為以下控制物件設計混合靈敏度控制器

hinf控制器設計的關鍵是構建動態系統模型,系統模型具有以下形式:

如果p是具有不確定或可調控制設計塊的廣義狀態空間模型,則hinfsyn將使用這些元素的標稱值或當前值。

h∞控制的一種應用是直接對控制系統的閉環奇異值圖進行整形。在此類應用中,可以通過加權函式(環路整形濾波器)來擴充控制物件的輸入和輸出,這些加權函式表示希望h∞控制器滿足的控制目標。控制物件必須是能控和能觀的。

預設情況下,hinfsyn會自動想控制物件中新增額外的干擾或者誤差,以確保滿足對p12,p21的限制,稱為正則化。

cl是下面結構的閉環傳遞函式,也可以由cl = lft(p,k)得到。

演算法:求解下述線性矩陣不等式:

hinfsyn提供了狀態反饋增益和觀測器增益,可以使用它們以觀測器形式表達控制器。控制器k的觀測器形式為:(其中kx,kw,lx,lu可以有info結構體得到)

% 定義控制物件,權重函式

s =zpk

('s');

g =(s-1)

/(s+1)

;w1 =

0.1*

(s+100)/

(100

*s+1);

w2 =

0.1;

w3 =

;p =

augw

(g,w1,w2,w3)

;% 控制器綜合

[k,cl,gamma]

=hinfsyn

(p,1,1

);gamma

% 檢查閉環奇異值

sigma

(cl,

ss(gamma)

)

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