魯棒最優(yōu)控制理論與應(yīng)用

內(nèi)容概要

本書(shū)闡述了不確定性系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定和魯棒性能這一魯棒控制的關(guān)鍵問(wèn)題，介紹了魯棒最優(yōu)控制的基本概念、理論和方法，以及其工程應(yīng)用。主要內(nèi)容包括頻域魯棒最優(yōu)控制的理論和方法、魯棒最優(yōu)控制時(shí)頻域方法、魯棒最優(yōu)界、魯棒H∞最優(yōu)控制、魯棒最優(yōu)保性能控制、采樣系統(tǒng)魯棒最優(yōu)控制、魯棒最優(yōu)控制的LMI設(shè)計(jì)方法、魯棒最優(yōu)控制系統(tǒng)分析和綜合的理論和方法、工程應(yīng)用等。本書(shū)內(nèi)容系統(tǒng)、嚴(yán)謹(jǐn)，理論與應(yīng)用結(jié)合，尤其注重魯棒最優(yōu)控制的工程實(shí)用性。    本書(shū)可供從事控制科學(xué)與控制工程、機(jī)械、電子、通信、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、力學(xué)等專業(yè)的科研和工程技術(shù)人員閱讀，亦可作為相關(guān)專業(yè)研究生的參考書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

　　薛安克，浙江省東陽(yáng)市人。博士，教授，博導(dǎo)。浙江大學(xué)、華東理工大學(xué)、電子科技大學(xué)、西安電子科技大學(xué)兼職博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任杭州電子科技大學(xué)校長(zhǎng)（中國(guó)近百年來(lái)最年輕的大學(xué)校長(zhǎng)）。省有突出貢獻(xiàn)中青年專家，省151人才工程第一層次人員，省新世紀(jì)151人才重點(diǎn)資助人員，有突出貢獻(xiàn)博士后出站人員，享受國(guó)務(wù)院政府特貼專家。兼任教育部電子信息與電氣學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委員、自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)副主任委員、總裝備部電子信息綜合系統(tǒng)專業(yè)組專家，中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)理事，中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)控制理論專業(yè)委員會(huì)、過(guò)程控制專業(yè)委員會(huì)委員，省自動(dòng)化學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，省電子電氣學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主任等職。

書(shū)籍目錄

前言第1章  緒論  1.1  工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的魯棒控制問(wèn)題  1.2  不確定性系統(tǒng)魯棒控制進(jìn)展簡(jiǎn)述  1.3  不確定性系統(tǒng)的魯棒最優(yōu)控制問(wèn)題    1.3.1  魯棒LQG控制      1.3.2  魯棒保性能控制    1.3.3  不確定性采樣系統(tǒng)的魯棒控制  1.4  本書(shū)主要研究?jī)?nèi)容第2章  數(shù)學(xué)基礎(chǔ)  2.1  Hermite矩陣  2.2  矩陣的行列式  2.3  矩陣的秩  2.4  特征值和特征向量  2.5  奇異值  2.6  向量范數(shù)和矩陣范數(shù)  2.7  矩陣的跡  2.8  Cauchy-Schwarz不等式  2.9  線性矩陣不等式基礎(chǔ)  2.10  最優(yōu)理論基礎(chǔ)  2.11  穩(wěn)定性理論  2.12  魯棒最優(yōu)控制理論基礎(chǔ)    2.12.1  不確定性系統(tǒng)的描述    2.12.2  魯棒H∞控制理論基礎(chǔ)    2.12.3  魯棒保性能控制第3章  不確定性系統(tǒng)頻域分析基礎(chǔ)  3.1  概述  3.2  基本概念  3.3  不確定性的描述    3.3.1  參數(shù)不確定性    3.3.2  非參數(shù)不確定性  3.4  內(nèi)穩(wěn)定  3.5  魯棒穩(wěn)定性分析  3.6  魯棒性能分析  3.7  結(jié)束語(yǔ)第4章  不確定性系統(tǒng)魯棒最優(yōu)控制的時(shí)頻域方法  4.1  概述  4.2  問(wèn)題提出和定義  4.3  時(shí)頻域法設(shè)計(jì)魯棒LQ最優(yōu)控制器    4.3.1  系統(tǒng)矩陣攝動(dòng)情況    4.3.2  系統(tǒng)矩陣和輸入矩陣攝動(dòng)情況    4.3.3  魯棒保穩(wěn)定最優(yōu)的實(shí)、復(fù)數(shù)域條件  4.4  時(shí)域法設(shè)計(jì)魯棒LQ最優(yōu)控制器    4.4.1  系統(tǒng)矩陣攝動(dòng)情況    4.4.2  系統(tǒng)矩陣和輸入矩陣攝動(dòng)情況  4.5  一級(jí)倒立擺系統(tǒng)魯棒最優(yōu)控制    4.5.1  一級(jí)倒立擺系統(tǒng)不確定性模型    4.5.2  魯棒最優(yōu)控制一級(jí)倒立擺系統(tǒng)  4.6  結(jié)束語(yǔ)第5章  不確定線性系統(tǒng)的魯棒最優(yōu)界  5.1  概述  5.2  問(wèn)題描述  5.3  系統(tǒng)矩陣存在不確定性時(shí)的魯棒最優(yōu)界    5.3.1  非結(jié)構(gòu)不確定性系統(tǒng)的魯棒最優(yōu)界    5.3.2  一類結(jié)構(gòu)不確定性系統(tǒng)的魯棒最優(yōu)界    5.3.3  奇異值不確定性的魯棒最優(yōu)界  5.4  系統(tǒng)矩陣和輸入矩陣存在不確定性時(shí)的魯棒最優(yōu)界  5.5  結(jié)束語(yǔ)第6章  性能指標(biāo)含交叉項(xiàng)的魯棒最優(yōu)控制  6.1  概述  6.2  魯棒頻域等式  6.3  魯棒保穩(wěn)定性分析  6.4  魯棒保穩(wěn)定最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)  6.5  實(shí)例分析  6.6  結(jié)束語(yǔ)第7章  不確定線性系統(tǒng)的魯棒比最優(yōu)控制  7.1  概述  7.2  系統(tǒng)矩陣攝動(dòng)情況    7.2.1  問(wèn)題描述和定義    7.2.2  充分必要條件    7.2.3  魯棒H∞最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)    7.2.4  數(shù)值仿真例子  7.3  系統(tǒng)矩陣和輸入矩陣攝動(dòng)情況    7.3.1  問(wèn)題提出和基本定義    7.3.2  魯棒H∞最優(yōu)狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)      7.3.3  魯棒性能分析    7.3.4  基于LMI的魯棒H∞最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)  7.4  二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的魯棒H∞最優(yōu)控制    7.4.1  二級(jí)倒立擺系統(tǒng)不確定性模型    7.4.2  魯棒H∞最優(yōu)控制二級(jí)倒立擺系統(tǒng)    7.5結(jié)束語(yǔ)第8章  不確定線性系統(tǒng)的魯棒最優(yōu)保性能控制  8.1  概述  8.2  基本定義  8.3  魯棒保性能控制器設(shè)計(jì)  8.4  保性能控制魯棒界  8.5  應(yīng)用實(shí)例    8.5.1  數(shù)值仿真實(shí)例    8.5.2  魯棒最優(yōu)保性能控制在三級(jí)倒立擺控制系統(tǒng)中的應(yīng)用    8.6  魯棒H∞最優(yōu)保性能控制  8.7  輸出反饋魯棒H∞保性能控制  8.8  結(jié)束語(yǔ)第9章  不確定性系統(tǒng)保性能控制的魯棒性分析  9.1  概述  9.2  問(wèn)題描述  9.3  魯棒性分析    9.3.1  保性能系統(tǒng)魯棒性分析    9.3.2  保性能控制系統(tǒng)魯棒性分析  9.4  數(shù)值實(shí)例  9.5  結(jié)束語(yǔ)第10章  不確定性采樣系統(tǒng)的魯棒保性能控制  10.1  概述  10.2  單率采樣系統(tǒng)的魯棒保性能控制    10.2.1  問(wèn)題描述    10.2.2  基本定義和性質(zhì)    10.2.3  狀態(tài)反饋魯棒保性能控制器設(shè)計(jì)  10.3  單率采樣系統(tǒng)輸出反饋魯棒保性能控制    10.3.1  問(wèn)題描述與基本定義    10.3.2  動(dòng)態(tài)輸出反饋魯棒保性能控制器設(shè)計(jì)  10.4  多率采樣系統(tǒng)的魯棒保性能控制  10.5  結(jié)束語(yǔ)第11章  工業(yè)應(yīng)用實(shí)例  11.1  不確定性系統(tǒng)的魯棒最優(yōu)控制    11.1.1  造紙打漿過(guò)程魯棒最優(yōu)控制    11.1.2  造紙機(jī)網(wǎng)前箱魯棒最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  11.2  板形板厚綜合調(diào)節(jié)系統(tǒng)魯棒最優(yōu)保性能控制    11.2.1  概述    11.2.2  帶鋼軋機(jī)參數(shù)不確定性系統(tǒng)模型    11.2.3  魯棒最優(yōu)保性能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)    11.2.4  魯棒最優(yōu)保性能控制系統(tǒng)仿真試驗(yàn)  11.3  造紙打漿過(guò)程采樣系統(tǒng)魯棒保性能控制  11.4  結(jié)束語(yǔ)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的魯棒控制問(wèn)題　　工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程涉及的工業(yè)部門(mén)十分廣泛，包括電力、冶金、石化、化工、輕工等行業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程綜合自動(dòng)化是企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)、節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)、提高經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的綜合需要，因此越來(lái)越受到人們的高度重視。由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)包括信息流、物質(zhì)流和能源流，同時(shí)還伴隨著物理化學(xué)反應(yīng)、生化反應(yīng)、相變過(guò)程以及物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)換和傳遞等的復(fù)雜過(guò)程（孫優(yōu)賢等，1993；金以慧等，1995），因此工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制（簡(jiǎn)稱過(guò)程控制）是一個(gè)極富挑戰(zhàn)性的研究課題。該過(guò)程中存在的大量不確定性以及狀態(tài)和擾動(dòng)的不完全性，使得實(shí)現(xiàn)過(guò)程的魯棒控制十分必要。受工業(yè)市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的影響，過(guò)程控制的目標(biāo)已從保持平穩(wěn)和少出事故轉(zhuǎn)向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、節(jié)能、低消耗、低成本和少污染。因而，實(shí)現(xiàn)過(guò)程的魯棒最優(yōu)控制勢(shì)在必行。例如，存在大量不確定性因素的造紙過(guò)程，成紙的定量和水分是衡量紙張質(zhì)量的兩個(gè)基本指標(biāo)。實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的嚴(yán)格控制，能顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少斷紙，穩(wěn)定生產(chǎn)，增加產(chǎn)量，降低能源和原料消耗，獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益（孫優(yōu)賢等，1993）。該過(guò)程的控制，除保持其穩(wěn)定外，更重要的是精確控制使過(guò)程卡邊操作運(yùn)行在最佳工況。由于影響定量和水分的因素有三十多個(gè)（其中有些還不能在線測(cè)量），所以卡邊運(yùn)行必須具備性能的魯棒性。又如某些反應(yīng)過(guò)程，保持狀態(tài)值高度精確和平穩(wěn)，可使產(chǎn)品的收率和質(zhì)量顯著提高。再如帶鋼熱軋機(jī)動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)，必須動(dòng)態(tài)保持輸出輥道上沿帶鋼的最優(yōu)溫度分布；帶鋼冷軋機(jī)板形板厚綜合動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)，必須動(dòng)態(tài)保持工作輥和支承輥?zhàn)罴颜{(diào)節(jié)（薛安克，1996）。實(shí)踐表明，控制系統(tǒng)的魯棒品質(zhì)與產(chǎn)品質(zhì)量和成本、生產(chǎn)工況等直接相關(guān)。

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