基于反馈线性化的电液伺服系统控制方法的研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要非线性控制理论是当代控制理论中具有挑战性的研究领域，非线性系统的微分几何方法则是非线性控制理论的主流。本文首先研究了非线性系统精确线性化问题，然后研究了基于精确线性化模型的控制系统设计问题，最后将上述研究结果应用于电液位置伺服系统。本文以单输入电液位置伺服系统为例，建立了电液伺服系统的非线性模型。应用常规的工作点近似线性化方法对电液伺服系统的模型进行线性化处理，而后应用线性系统的方法对此数学模型设计控制器，并进行仿真。这种线性化模型对于一些频宽不太高、参数变化和外干扰不太大的系统是可行的。然而，近代电液伺服系统往往要求系统具有点点跟踪任意非直线函数的能力

2、，并且能够承受较强的外负载干扰，因此工作过程中系统的工作点在较大范围内变化，从而使增量线性化模型难于奏效。为此，本文利用微分几何理论，研究了非线性系统的反馈精确线性化问题。反馈线性化方法可将非线性系统处理为伪线性系统，从而应用线性系统理论丰富的结果对系统进行控制设计。这种方法区别于工作点线性化方法。对于确定系统而言，工作点线性化模型丢失了系统的信息，而反馈线性化方法则完全保留了系统的信息。本文给出了电液伺服系统的反馈精确线性化过程，将系统处理为线性系统。研究了基于精确线性化模型的控制系统设计问题。针对输出跟踪问题给出了线性二次型跟踪器的设计方法。考虑到实际系统是具有不确定参数和外加干扰的

3、不确定非线性系统，针对这类系统的输出跟踪问题给出了线性二次型鲁棒跟踪器设计方法。仿真表明，在我们设计的非线性控制器的作用下，系统具有良好的性能并对系统参数的变化具有较好的鲁棒性。关键词微分几何，精确线性化哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheresearchaboutnonlinearcontrolischallenginginpresentcontroltheory,anddifferentialgeometryapproachofnonlinearsystemsisthemaintrendinnonlinearcontrol.Inthispaper,theproblem

4、ofexactlinearizationofnonlinearsystemsisinvestigated.Andthentheproblemofcontrolsystemdesignbasedonexactlinearmodelisstudied.Atlast,theresultsofabove-mentionedresearchareadoptedtodesigntheelectrohydraulicpositionservo-system.Thispaperpresentsanonlinearmodelofelectrohydraulicservo-systemasasampleof

5、electrohydraulicpositionservo-system.Thepaperappliesthemethodofgeneralapproximatirelinearizationofworking-pointtothemodelofelectrohydraulicservo-system,andthendesignsthecontrollerandsimulatesofthemathematicalmodelwiththemethodoflinearsystem.Thelinearmodelisusedinthesystemthathasrelativelylowfrequ

6、encyandrelativelitlevariationofparameterandouterdisturb.Butelectrohydraulicservo-systemisoftenrequiredtohavetheabilitytotraceanycurvefunctionandendurerelativebigouterdisturb,sothedotofbalancechangesinalargerangeduringthework,whichmakelinearmodelunsuccessful.Sointhepapertheproblemoffeedbacklineari

7、zationofnonlinearsystemsisstudiedbythetheoryofdifferentialgeometry.Themethodoffeedbacklinearizationcanprocessnonlinearobjecttobepseudolinearsystem,sowecanapplythelinearsystemtheorytodesignthecontroller.Thismethodisdiff