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鲁棒控制理论第六章

引言

鲁棒控制是一种应对系统参数变化、外部干扰、测量噪声

等不确定性因素的控制方法。在工程控制中，系统的不确定性

是常见的，对系统的稳定性和性能造成了挑战。鲁棒控制理论

通过设计具有鲁棒性的控制器，可以保证系统在存在不确定性

的情况下仍能满足一定的性能要求。本文将介绍鲁棒控制的基

本概念、设计方法和应用示例等内容。

鲁棒性分析

鲁棒性分析是鲁棒控制的基础，通过分析系统的不确定性

对控制器性能的影响，评估控制器的鲁棒性。鲁棒性分析一般

包括稳定性分析和性能分析两个方面。

稳定性分析

稳定性是控制系统最基本的要求。对于鲁棒控制系统，稳

定性分析主要关注系统的稳定性边界，即系统参数变化在何种

范围内仍能保持稳定。常用的鲁棒稳定性分析方法包括结构化

奇異值理论和小结构摄动方法等。

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性能分析

除了稳定性，控制系统的性能也是重要的考虑因素。性能

分析通常包括鲁棒性能和鲁棒鲁棒性能两个方面。

鲁棒性能是指系统在存在不确定性的情况下，能否满足一

定的性能指标。通过分析不确定性对闭环系统传递函数的影响，

可以评估系统的鲁棒性能。

鲁棒鲁棒性能是指系统在存在不确定性的情况下，能够满

足给定的鲁棒鲁棒性能规范。鲁棒鲁棒性能设计方法包括鲁棒

饱和控制器设计方法和鲁棒H-infinity控制器设计方法等。

鲁棒控制设计

鲁棒控制设计是鲁棒控制理论的核心内容。鲁棒控制设计

方法包括鲁棒控制设计和鲁棒控制设计方法。

鲁棒控制设计方法

鲁棒控制设计方法是通过设计鲁棒控制器来实现鲁棒控制

的方法。鲁棒控制设计方法通常分为线性鲁棒控制和非线性鲁

棒控制两类。

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线性鲁棒控制设计方法中，常用的方法包括μ合成方法、

玛尔科夫参数跟踪方法，以及基于奇異值方法的设计等。

非线性鲁棒控制设计方法中，常用的方法包括滑模控制、

自适应控制、模糊控制和神经网络控制等。

鲁棒控制设计

鲁棒控制设计是指将鲁棒控制理论应用于实际控制系统中，

并进行控制器设计的过程。鲁棒控制设计需要考虑系统的性能

要求、鲁棒性要求和控制器结构等因素。

鲁棒控制设计过程一般包括系统建模、鲁棒性分析、控制

器设计、控制器实现和性能验证等步骤。在每一步骤中，都需

要根据具体的问题和要求选择合适的方法和工具。

应用示例

鲁棒控制在控制工程中有广泛的应用。以下是几个鲁棒控

制的应用示例：

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飞行器控制

鲁棒控制在飞行器控制中得到了广泛应用。飞行器的飞行

特性和环境的不确定性使得控制系统面临很大挑战。通过设计

鲁棒控制器，可以保证飞行器具有良好的稳定性和鲁棒性。

机器人控制

机器人控制是鲁棒控制的另一个重要应用领域。机器人系

统通常具有复杂的动力学特性和不确定性。鲁棒控制可以有效

地应对机器人系统的不确定性，实现精准的轨迹跟踪和控制。

智能交通系统

智能交通系统是一个复杂的系统，包括交通流控制、智能

车辆和交通网络等方面。鲁棒控制可以应用于智能交通系统中

的交通信号控制、车辆跟踪和路径规划等方面，提高交通系统

的效率和安全性。

结论

鲁棒控制理论是一种有效应对不确定性的控制方法。通过

鲁棒控制设计，可以保证系统在存在不确定性的情况下仍能满

足一定的性能要求。鲁棒控制已经在飞行器、机器人和智能交

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通系统等领域得到了广泛的应用。随着鲁棒控制理论和方法的

不断发展，相信在更多领域中会有更多应用的机会出现。

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