上海交通大学电院博士课程内容介绍《鲁棒控制》

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上海交通大学免费考研网/2012-12-27

《鲁棒控制》

课程代码	C032710	学分/学时	2.0/36	开课时间	春
课程名称	鲁棒控制
开课学院	电子信息与电气工程学院
任课教师	翁正新
面向专业	控制科学与工程
预修课程	线性代数，矩阵理论，线性系统理论

课程讨论时数

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课程实验数

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课程内容简介

本课程学习鲁棒和H无穷控制理论的基本概念，重点学习控制系统的鲁棒设计技术，以提高系统的鲁棒性和抗干扰能力。主要内容有(1)勒贝格和哈代空间，线性算子和范数；(2)线性系统的时域和频域描述，内稳定性，约束条件描述和性能指标；(3)模型降阶和逼近；(4)频域内的鲁棒控制方法，灵敏度函数；(5)不确定性建模，小增益定理，鲁棒稳定性和鲁棒性能；(6)结构不确定性和Mu综合；(7)H2和H无穷最优控制；(8)H无穷回路成形；(9)间隙度量等。

课程内容简介（英文）

This course covers basic concepts of robust and H-infinity control theory .Emphasis is on design techniques which result in closed loop system that are insensitive to modeling errors and which achieve a prespecified level of performance. Topics include (1) Lebesgue and Hardy functional spaces, linear operators and norms; (2) time and frequency domain representations of linear systems, internal stability, performance measures and their limitations; (3) model reduction and approximation; (4) classical method of robustness in frequency domain, sensitivity functions; (5) models of system uncertainty, and small gain theorem, robust stability and robust performance; (6) structured uncertainty and mu-synthesis; (7) H-2 and H-infinity optimal control; (8) H-infinity loop shaping; (9) Gap metrics, mu-gap metrics and extended loop-shaping design.

教学大纲

一、课程的性质和任务：本课程为控制科学与工程专业工学硕士和工学博士研究生开设，主要介绍鲁棒控制方面的最新研究进展和先进的控制方法。二、课程的教学内容和基本要求：1)预备知识（线性代数基础，线性系统理论概要）。2)H2和H∞空间（线性赋范空间，Banach空间，Hilbert空间，H2和H∞空间，H2和H∞范数）。3)内稳定性。4)性能指标和约束条件描述（加权H2和H∞性能，加权函数的选取）。5)模型简化（Lyapunov方程，平衡实现，平衡模型降阶，频域加权平衡模型降阶）。6)不确定性与鲁棒性（模型不确定性表示，小增益定理，鲁棒稳定性，鲁棒性能）。7)线性分式变换。8)代数Riccati方程。9)H∞鲁棒控制器设计。10)H2/ H∞鲁棒控制器设计。11)时滞系统的H∞鲁棒控制器设计。12)H∞回路成形。13)Mu分析与Mu综合。14)间隙度量。基本要求：要求学生掌握鲁棒控制的基本理论知识，能够利用鲁棒控制理论解决实际问题。三、实验（上机）内容和基本要求及实验个数、学时数：实验内容：在Matlab+Simulink环境下，利用鲁棒控制工具箱，对某给定控制系统进行设计，以满足系统性能及鲁棒性要求。基本要求：给出鲁棒控制器和系统仿真结果，并提供设计报告。时间：利用课外时间，要求两周内完成。实验个数、学时数: 1个，10学时（课外）四、对研究生能力培养的要求：在实际控制系统的设计中，绝大多数情况下我们难以找到确切的数学模型对系统进行描述。这种实际物理系统与数学模型之间的差别就是所谓的不确定性。众所周知，不确定性会破坏系统的稳定性和性能指标，故控制系统设计中如何对付系统的不确定性成为最棘手的问题，控制系统设计方法一直追求在不确定性允许的摄动范围内，能够使系统保持稳定和性能鲁棒，这就是所谓的鲁棒控制。通过这门课程的学习，可以使学生掌握一些先进的鲁棒设计方法，以更好地适应实际系统的控制设计要求。五、其它需要说明的内容：本课程采用英语原版教材，双语授课。使用多媒体教学。

课程进度计划

(无)

课程考核要求

1．考试目的：考查学生对鲁棒H-inf控制理论基本概念和鲁棒控制技术的掌握情况，以及利用所学知识对实际控制系统进行鲁棒性分析和设计的能力。2．考试方式：采用大作业的形式，针对某实际系统进行鲁棒控制器设计，以满足系统性能和鲁棒性方面的要求。3．考试内容及要求： a)掌握性能指标及约束条件的描述方法，能够根据实际系统的要求，对约束条件和性能指标进行描述，以及加权函数的选取。b)掌握数学模型的简化方法，包括Lyapunov方程，平衡实现，平衡模型降阶，频域加权平衡模型降阶。c)掌握模型不确定性的表示，小增益定理，鲁棒稳定性，鲁棒性能。d)掌握H-inf鲁棒控制器设计方法。e)熟悉MatLab+Simulink+Robust Control Toolbox的使用方法。

参考文献

1. Kemin Zhou, John C. Doyle;Essentials of Robust Control;Prentice Hall;1998（教材）2. B.A.Francis;A course in H-inf control theory. Lecture notes in control and information sciences;Springer-Verlag;19873. 解学书，钟宜生;H-inf控制理论;清华大学出版社;19944. L.C.多伊尔，B.A.弗朗西斯，A.R.坦嫩鲍姆著，慕春隶译;反馈控制理论;清华大学出版社;19935. 王德进编著;H2和H-inf优化控制理论;哈尔滨工业大学出版社;2001