哈尔滨工业大 学工学硕 I - 学位论文摘 要目前，电动仿真转台控制系统的设计主要是基于古典控制中的试凑方法，这仍是一种基于分析方法的设计，而 H _ 优化设计则是一种综合方法，可以根据系统的性能要求和鲁棒稳定性要求直接设计出控制器。因此，如何有效地将 H _ 控制理论应用于转台不确定性系统的伺服控制，提高系统设计和调试效率，具有重要的理论和现实意义。本文以 E T 3 0 6 A型电动仿真转台为背景，将H _ 优化理论 在伺服控制系统中的应用进行深入研究。 为了 满 足E T 3 0 6 A型 转台 系 统 整体 性能 要 求， 本文 确 定 采 用 矢 量 控 制 型永磁同步电机驱动，光电码盘测角，通过驱动器内部的电流闭环以 及外部的 位置闭环来完成系统总体伺服控制方案。运用完全解祸的方法推导了矢量控 制型永磁同步电 机的数学模型，详细分析了系统模型中可能存在的主要不确定性，并采用非结构化乘性不确定性模型进行描述。针对不确定性系统的鲁棒控制问题，基于 H . 控制理论中性能指标与干扰抑制以及鲁棒稳定的关系，给出了 H - 混合灵敏度设计方法。首先把混合灵敏度设计问题转化为标准 H . 问题，然后针对一般性的伺服控制系统，给出了加权函数的选 择方法，分析了被控对象中虚轴极点带来的奇异问 题，并用扩展法来求解，最后指出混合灵敏度设计方法很好地满足了闭环系统多目标优化设计的原则，并且从理论上证明了混合灵敏度设计方法能够满足闭环系统的鲁棒性能。在 E T 3 0 6 A型电 动仿真转台 控制系统的设计方面，首先，结合性能指标要求和系统中存在的主要不确定性选择了加权函数，然后利用扩展法解决了 奇异问题，最后运用鲁棒控制工具箱设计出 控制器，理论分析和仿真验证表明系统是鲁棒稳定的，且性能达到或超过指标要求。关键词仿真转台; 永磁同步电机;不确定性:H . 控制;混合灵敏度设计哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Ab s t r a c tA t p r e s e n t e l e c t r i c a l s i m u l a t i o n t a b l e s a r e m a i n l y d e s i g n e d w i t h c l a s s i c a l c o n t r o l t h e o r y , w h i c h i s s t i l l a n a n a l y s i s m e t h o d . H o w e v e r , H . o p t i m a l d e s i g n i s a s y n t h e s i s o n e , w h i c h c a n a c q u i r e t h e c o n t r o l l e r a c c o r d i n g t o t h e p e r f o r m a n c e i n d e x a n d r o b u s t s t a b i l i t y . H e n c e , i t s i m p o rt a n t t o a p p l y H m c o n t r o l t h e o ry t o t h e c o n t r o l l e r d e s i g n o f s i m u l a t i o n t a b l e . T h i s p a p e r w i l l d i s c u s s t h e a p p l i c a t i o n o f H ., c o n t r o l i n s e r v o s y s t e m b a s e d o n E T 3 0 6 A e l e c t r i c a l s i m u l a t i o n t a b l e .T o m e e t t h e r e q u i r e m e n t s o f t h e g l o b a l p e r f o r m a n c e o f t h e t a b l e , p e r m a n e n t m a g n e t s y n c h r o n o u s m o t o r t y p e o f v e c t o r c o n t r o l a n d p h o t o e l c t r i c c o d e d i s c i s s e l e c t e d , t h e n , s e r v o s c h e m e i s a c c o m p l i s h e d b y i n t e rn a l c l o s e d c u r r e n t l o o p a n d o u t s i d e p o s it i o n l o o p . T h e m a t h e m a t i c m o d e l o f p e r m a n e n t m a g n e t s y n c h r o n o u s m o t o r i s d e r i v e d w i t h c o m p l e t e d e c o u p l i n g . T h e p o s s i b l e u n c e rt a i n t y o f t h e s y s t e m i s a n a l y z e d i n d e t a i l a n d d e s c r i b e d a s t h e u n s t r u c t u r e d m u l t i p l i c a t i v e u n c e rt a i n t y .I n o r d e r t o s o l v e r o b u s t c o n t r o l o f t h e s y s t e m w i t h u n c e rt a i n t y , m i x e d s e n s i t i v i t y m e t h o d i s i n t r o d u c e d b a s e d o n t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n p e r f o r m a n c e i n d e x a n d d i s t u r b a n c e c o n t r o l a n d r o b u s t s t a b i l i t y i n H ., c o n t r o l t h e o ry . T h e w e i g h t i n g f u n c t i o n s e l e c t i o n i n m i x e d s e n s i t i v i t y d e s i g n i s d i s c u s s e d i n g e n e r a l s e r v o s y s t e m s . T h e s i n g u l a r p r o b l e m b r o u g h t b y t h e p l a n t s p o l e i n i m a g i n a r y a x i s i s d i s c u s s e d a n d s o l v e d w i t h e x p a n d e d m e t h o d . I t i s n o t e d t h a t m i x e d s e n s i t i v i t y m e t h o d m e e t s the o p t i m i z a t i o n o f m u l t i - o b j e c t i n c l o s e d l o o p a n d r o b u s t p e r f o r m a n c e o f t h e m i x e d s e n s i t i v i t y m e t h o d i s p r o v e d .I n o r d e r t o m e e t t h e p e r f o r m a n c e o f E T 3 0 6 A , w e i g h t i n g f u n c t i o n s a r e c h o s e a c c o r d i n g t o t h e m a i n u n c e rt a i n t y a n d t h e p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t . S i n g u l a r p r o b l e m i s s o l v e d w it h e x p a n d e d m e t h o d . T h e c o n t r o l l e r i s o b t a i n e d w i t h R o b u s t C o n t r o l B o x , w h i c h s a t i s f i e s t h e r o b u s t s t a b i l i t y a n d a l l o f t h e p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s . B e s i d e s , t h e c h a r a c t e r i s t i c o f H e m i x e d s e n s i t i v i t y m e t h o d i s g i v e n . I t i s n o t e d t h a t H . m i x e d s e n s i t i v i t y m e t h o d i s p r o m i s i n g .K e y w o r d s s i m u l a t i o n t a b l e ; p e r m a n e n t m a g n e t s y n c h r o n o u s m o t o r ; u n c e rt a i n t y ;H c o n t r o l ; m i x e d s e n s i t i v i t y d e s i g n哈尔滨工业大学工学硕 : 学位论文第 1 章绪 论1 . 1 课题背景随着时代的进步，科学技术得到了突飞猛进的发展。作为衡量一个国家 科技能力的航空、航天工业，愈来愈受到各国的普遍重视而成为重点发展对 象。航空、 航天技术不但造就了军事工业中的高技术尖端武器，而且也促进 了诸多新兴民用产品的涌现。可以说，航空、航天工业的发展水平是反映一 个国家军事实力和经济实力的重要标志。早期的飞行器( 包括导弹) 在研制过程中，需要进行多次的现场实验，这 不仅浪费了大量的人力、物力和财力，造成高额的研制费用，而且由于现场 实验的数量和质量的限制，难以得到准确和完整的实验数据及规律，造成研 制周期的加长。而现代军备新旧更迭的加快要求设计者必须降低各种类型飞 行器( 包括导弹) 的研制费用，缩短其研制周期，这导致和促进了飞行器半实 物仿 真 系 统 的 产生 和 发 展 m仿真测试转台作为航空、航天等领域中进行半实物仿真和测试的关键 硬件设备， 在飞 行器的 研制过 程中 起着极其重要的 作用 12 1 。 转台 可以 真实 地 模拟飞行器在空间实际飞行时的各种姿态，复现其运行时的动力学特征，从 而对飞行器的制导系统、控制系统及其相应器件的性能进行反复测试，获得 实验数据，并据此对其进行重新设计和改进，达到飞行器总体设计的性能指 标要求。仿真测试转台性能的优劣直接关系到仿真和测试实验的