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基于无源性的端口受控哈密顿系统控制问题研究
| 论文题名： | 基于无源性的端口受控哈密顿系统控制问题研究 |
| 关键词： | 无源性;闭环端口受控;哈密顿系统;永磁同步电机;船舶定位;计算机仿真 |
| 摘要： | 耗散性系统理论自上世纪七十年代提出以来在系统稳定性的研究过程中起到重要的作用，针对不同的供给率，耗散系统理论的侧重点也有所不同。作为耗散系统的一个特例，无源性将输入输出的乘积作为能量的供给率，体现了系统在有界输入条件下能量的衰减特性，即输入能量+初始能量=剩余能量+耗散能量，也就是无源系统不会自己产生能量，它只是消耗能量而不产生能量。由此得到，无源系统是一类考虑系统与外界有能量交换的动态系统，无源系统可以保持系统的内部稳定。无源性理论主要用于分析非线性系统的稳定性问题，其稳定性结果由无源系统的稳定性性质得出。事实上，基于李雅普诺夫函数的稳定性理论，也可以引入无源性的概念，无源性是稳定性的一种更高层次的抽象，构造一个李雅普诺夫函数来对系统进行稳定性分析是常用的方法，这一过程可以转化为构造一个使系统无源的存储函数，由无源系统的稳定性性质来判定系统的稳定性。 众所周知，端口受控的哈密顿系统是一个具有耗散性的系统，它的成功建模推动了很多控制理论方法的发展，例如能源整形(ES)、互联阻力配置(IDA)以及同步互联阻力配置(SIDA)、无源技术在明确系统的能源信息，互联结构和散热性能方面占有明显的优势。这些方法通过静态状态反馈法来解决闭环端口哈密顿系统的调节问题。在工业应用中，积分作用用来抵消测量噪声、干扰输入对控制系统的影响。在2004年，Ortega and García-Canseco提出了一种方法，通过添加积分作用来扩展端口受控的哈密顿系统的状态方程，添加的的积分状态变量作为无源输出。 本论文提出一种新的方法，先通过经典的互联与阻尼分配的方法，推导出端口受控的哈密顿系统模型的调节控制器算式，然后将积分作用加入到该控制器中，通过添加积分作用来扩展端口受控的哈密顿系统的状态方程，并将积分状态变量作为无源输出，这种方法的不同之处在于根据积分项来获得互联矩阵和哈密顿函数的一个二次项，这种方法使得哈密顿函数具有李雅普洛夫函数的性质，最后加入饱和环节来模拟现实中的控制，同时加入抗饱和环节进行修正。我们通过对永磁同步电机调速以及海上船舶定位的控制，这两个实验来验证这种方法的可行性。 通过simulink仿真结果可以看出，本文中基于无源性的端口受控哈密顿系统的控制算法控制性能相当优越，而且设计出来的控制器简单，参数少，且意义明确，调节简单，通过简单的参数调节就可以完成对永磁同步电机速度以及船舶定位的良好控制，这种方法使得端口受控哈密顿系统具有良好的动态性能，证明了该控制方法的可行性。 |
| 作者： | 吴梦杰 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 于双和 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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