發(fā)布時間：2020-04-15 12:01

【摘要】：模型的不確定性在控制系統(tǒng)中廣泛存在。如何在模型不精確和/或存在其他不確定性因素的條件下使系統(tǒng)仍能保持預(yù)期的性能表現(xiàn)，是現(xiàn)代控制理論的主要研究內(nèi)容�；谀Ｐ偷目刂破髟O(shè)計是控制理論研究的重要手段，控制器設(shè)計需要解析形式的動力學(xué)模型。當(dāng)前機械系統(tǒng)動力學(xué)建模方法在求取復(fù)雜多體機械系統(tǒng)動力學(xué)模型時，或者操作困難，或者所得動力學(xué)方程非解析形式，不能夠很好的服務(wù)于控制器設(shè)計�？刂茖W(xué)界處理系統(tǒng)不確定性控制的方法中，基于不確定性邊界信息的魯棒控制和基于隨機不確定性的控制是迄今為止最為成功的兩種。然而，基于不確定性邊界信息的魯棒控制方法使得被控系統(tǒng)一般不工作在最優(yōu)狀態(tài)；基于隨機不確定性的控制理論雖具有成熟的理論體系，隨機理論描述真實世界不確定性的有效性卻得到質(zhì)疑。模糊集理論表述系統(tǒng)不確定性具有眾多優(yōu)勢。 本文針對上述問題，系統(tǒng)研究了機械系統(tǒng)解析建模新方法和模糊不確定性系統(tǒng)控制新理論。本文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點如下： 1、提出了一種多體機械系統(tǒng)動力學(xué)層級建模方法，提供了一種理想約束下復(fù)雜多體機械系統(tǒng)的動力學(xué)解析建模的便捷途徑。該方法基于Udwadia-Kalaba方程，提出了分層級建立機械多體系統(tǒng)解析動力學(xué)方程的方法。與現(xiàn)有的動力學(xué)建模方法相比，該建模方法操作簡單、不使用輔助變量且可以獲得解析形式動力學(xué)方程，有效地簡化了復(fù)雜多體系統(tǒng)的動力學(xué)解析建模。 2、提出了含摩擦機械系統(tǒng)摩擦接觸處正壓力解析建模方法，，從動力學(xué)角度解決了非理想約束下機械系統(tǒng)摩擦力解析建模問題。本文給出了摩擦力的解析表述形式，可有效提升機械系統(tǒng)建模精度，有效彌補了以往控制設(shè)計中摩擦力建模時假定接觸處正壓力為恒定值的缺陷。 3、使用模糊集理論表述系統(tǒng)參數(shù)不確定性，提出了（一階）模糊動力學(xué)系統(tǒng)模糊不確定性最優(yōu)魯棒控制理論。該模糊動力學(xué)系統(tǒng)可以具有非線性不確定性。不同于以往基于IF-THEN規(guī)則的模糊控制，該理論使用確定性的控制設(shè)計驅(qū)使系統(tǒng)具有確定性的系統(tǒng)響應(yīng)。系統(tǒng)的模糊不確定性信息被用于控制增益的最優(yōu)化設(shè)計。文中基于特定的模糊系統(tǒng)性能指標(biāo)將該控制優(yōu)化設(shè)計轉(zhuǎn)化為一約束最優(yōu)化問題，證明了該最優(yōu)解存在且唯一，并給出了該最優(yōu)解和最優(yōu)系統(tǒng)性能指標(biāo)的解析表述。 4、本文系統(tǒng)研究了機械系統(tǒng)屬性，提出了機械系統(tǒng)慣性矩陣可能非正定性及慣性矩陣上邊界的多項式界定屬性。本研究彌補了以往研究人員對于機械系統(tǒng)慣性矩陣上下界定屬性研究的不足。機械系統(tǒng)慣性矩陣上邊界多項式界定屬性對于構(gòu)建有效地Lyapunov候選函數(shù)具有重要作用。 5、本文使用模糊集理論表述（二階）機械系統(tǒng)不確定性（即模糊機械系統(tǒng)），提出了機械系統(tǒng)模糊不確定性最優(yōu)魯棒控制理論，處理了機械系統(tǒng)最優(yōu)魯棒軌跡跟隨控制和最優(yōu)魯棒約束跟隨控制研究。研究中充分利用機械系統(tǒng)各固有特性，將跟隨誤差作為控制變量，使得該模糊機械系統(tǒng)在基于模糊信息的最優(yōu)控制的基礎(chǔ)上得到確定性的跟隨特性。本研究還創(chuàng)新性地將模糊不確定性與約束系統(tǒng)動力學(xué)Udwadia-Kalaba方程結(jié)合用于魯棒約束跟隨動力學(xué)控制。該研究是（一階）模糊動力學(xué)系統(tǒng)控制的延伸和深化。 以上研究內(nèi)容及創(chuàng)新點系統(tǒng)提出了機械系統(tǒng)解析建模方法和系統(tǒng)模糊不確定性最優(yōu)魯棒控制理論，文中針對每個創(chuàng)新理論或方法均提供了應(yīng)用示例以驗證其科學(xué)有效性。本研究為機械系統(tǒng)動力學(xué)建模提供了新的方法，并為不確定性系統(tǒng)控制提供了新的思路，具有較好的學(xué)術(shù)價值和實用價值。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TH113;TP13

【共引文獻】

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本文編號：2628529