魯棒最優(yōu)控制理論與應用

內容概要

本書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鍵問題，介紹了魯棒最優(yōu)控制的基本概念、理論和方法，以及其工程應用。主要內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設計方法、魯棒最優(yōu)控制系統(tǒng)分析和綜合的理論和方法、工程應用等。本書內容系統(tǒng)、嚴謹，理論與應用結合，尤其注重魯棒最優(yōu)控制的工程實用性。    本書可供從事控制科學與控制工程、機械、電子、通信、計算機、數(shù)學、力學等專業(yè)的科研和工程技術人員閱讀，亦可作為相關專業(yè)研究生的參考書。

作者簡介

　　薛安克，浙江省東陽市人。博士，教授，博導。浙江大學、華東理工大學、電子科技大學、西安電子科技大學兼職博士生導師?，F(xiàn)任杭州電子科技大學校長（中國近百年來最年輕的大學校長）。省有突出貢獻中青年專家，省151人才工程第一層次人員，省新世紀151人才重點資助人員，有突出貢獻博士后出站人員，享受國務院政府特貼專家。兼任教育部電子信息與電氣學科教學指導委員會委員、自動化專業(yè)教學指導分委員會副主任委員、總裝備部電子信息綜合系統(tǒng)專業(yè)組專家，中國人工智能學會理事，中國自動化學會控制理論專業(yè)委員會、過程控制專業(yè)委員會委員，省自動化學會副理事長，省電子電氣學科教學指導委員會主任等職。

書籍目錄

前言第1章  緒論  1.1  工業(yè)生產過程的魯棒控制問題  1.2  不確定性系統(tǒng)魯棒控制進展簡述  1.3  不確定性系統(tǒng)的魯棒最優(yōu)控制問題    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  本書主要研究內容第2章  數(shù)學基礎  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  2.10  最優(yōu)理論基礎  2.11  穩(wěn)定性理論  2.12  魯棒最優(yōu)控制理論基礎    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    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  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  內穩(wěn)定  3.5  魯棒穩(wěn)定性分析  3.6  魯棒性能分析  3.7  結束語第4章  不確定性系統(tǒng)魯棒最優(yōu)控制的時頻域方法  4.1  概述  4.2  問題提出和定義  4.3  時頻域法設計魯棒LQ最優(yōu)控制器    4.3.1  系統(tǒng)矩陣攝動情況    4.3.2  系統(tǒng)矩陣和輸入矩陣攝動情況    4.3.3  魯棒保穩(wěn)定最優(yōu)的實、復數(shù)域條件  4.4  時域法設計魯棒LQ最優(yōu)控制器    4.4.1  系統(tǒng)矩陣攝動情況    4.4.2  系統(tǒng)矩陣和輸入矩陣攝動情況  4.5  一級倒立擺系統(tǒng)魯棒最優(yōu)控制    4.5.1  一級倒立擺系統(tǒng)不確定性模型    4.5.2  魯棒最優(yōu)控制一級倒立擺系統(tǒng)  4.6  結束語第5章  不確定線性系統(tǒng)的魯棒最優(yōu)界  5.1  概述  5.2  問題描述  5.3  系統(tǒng)矩陣存在不確定性時的魯棒最優(yōu)界    5.3.1  非結構不確定性系統(tǒng)的魯棒最優(yōu)界    5.3.2  一類結構不確定性系統(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的魯棒最優(yōu)界  5.5  結束語第6章  性能指標含交叉項的魯棒最優(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)控制器設計  6.5  實例分析  6.6  結束語第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)矩陣攝動情況    7.2.1  問題描述和定義    7.2.2  充分必要條件    7.2.3  魯棒H∞最優(yōu)控制器設計    7.2.4  數(shù)值仿真例子  7.3  系統(tǒng)矩陣和輸入矩陣攝動情況    7.3.1  問題提出和基本定義    7.3.2  魯棒H∞最優(yōu)狀態(tài)反饋控制器設計      7.3.3  魯棒性能分析    7.3.4  基于LMI的魯棒H∞最優(yōu)控制器設計  7.4  二級倒立擺系統(tǒng)的魯棒H∞最優(yōu)控制    7.4.1  二級倒立擺系統(tǒng)不確定性模型    7.4.2  魯棒H∞最優(yōu)控制二級倒立擺系統(tǒng)    7.5結束語第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計  8.4  保性能控制魯棒界  8.5  應用實例    8.5.1  數(shù)值仿真實例    8.5.2  魯棒最優(yōu)保性能控制在三級倒立擺控制系統(tǒng)中的應用    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  結束語第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)值實例  9.5  結束語第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  問題描述    10.2.2  基本定義和性質    10.2.3  狀態(tài)反饋魯棒保性能控制器設計  10.3  單率采樣系統(tǒng)輸出反饋魯棒保性能控制    10.3.1  問題描述與基本定義    10.3.2  動態(tài)輸出反饋魯棒保性能控制器設計  10.4  多率采樣系統(tǒng)的魯棒保性能控制  10.5  結束語第11章  工業(yè)應用實例  11.1  不確定性系統(tǒng)的魯棒最優(yōu)控制    11.1.1  造紙打漿過程魯棒最優(yōu)控制    11.1.2  造紙機網(wǎng)前箱魯棒最優(yōu)控制系統(tǒng)設計  11.2  板形板厚綜合調節(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)設計    11.2.4  魯棒最優(yōu)保性能控制系統(tǒng)仿真試驗  11.3  造紙打漿過程采樣系統(tǒng)魯棒保性能控制  11.4  結束語參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　工業(yè)生產過程的魯棒控制問題　　工業(yè)生產過程涉及的工業(yè)部門十分廣泛，包括電力、冶金、石化、化工、輕工等行業(yè)，是國民經(jīng)濟的支柱產業(yè)之一。實現(xiàn)工業(yè)生產過程綜合自動化是企業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化生產、節(jié)能降耗、環(huán)境保護、提高經(jīng)濟效益和產品市場競爭力的綜合需要，因此越來越受到人們的高度重視。由于工業(yè)生產過程是一個包括信息流、物質流和能源流，同時還伴隨著物理化學反應、生化反應、相變過程以及物質和能量的轉換和傳遞等的復雜過程（孫優(yōu)賢等，1993；金以慧等，1995），因此工業(yè)生產過程控制（簡稱過程控制）是一個極富挑戰(zhàn)性的研究課題。該過程中存在的大量不確定性以及狀態(tài)和擾動的不完全性，使得實現(xiàn)過程的魯棒控制十分必要。受工業(yè)市場激烈競爭的影響，過程控制的目標已從保持平穩(wěn)和少出事故轉向優(yōu)質、高產、節(jié)能、低消耗、低成本和少污染。因而，實現(xiàn)過程的魯棒最優(yōu)控制勢在必行。例如，存在大量不確定性因素的造紙過程，成紙的定量和水分是衡量紙張質量的兩個基本指標。實現(xiàn)對它們的嚴格控制，能顯著提高產品質量，減少斷紙，穩(wěn)定生產，增加產量，降低能源和原料消耗，獲得明顯的經(jīng)濟效益（孫優(yōu)賢等，1993）。該過程的控制，除保持其穩(wěn)定外，更重要的是精確控制使過程卡邊操作運行在最佳工況。由于影響定量和水分的因素有三十多個（其中有些還不能在線測量），所以卡邊運行必須具備性能的魯棒性。又如某些反應過程，保持狀態(tài)值高度精確和平穩(wěn)，可使產品的收率和質量顯著提高。再如帶鋼熱軋機動態(tài)控制系統(tǒng)，必須動態(tài)保持輸出輥道上沿帶鋼的最優(yōu)溫度分布；帶鋼冷軋機板形板厚綜合動態(tài)控制系統(tǒng)，必須動態(tài)保持工作輥和支承輥最佳調節(jié)（薛安克，1996）。實踐表明，控制系統(tǒng)的魯棒品質與產品質量和成本、生產工況等直接相關。

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