面向高频动态控制的分频组合控制方法研究

本项申请旨在探索高频动态控制的新方法，以应对实际工程对控制精度与品质要求日益增高的挑战。这一挑战使得忽略高频动态的降阶控制方法难以达到理想效果。因此，如何拓展新的方法成为一个重要的研究课题。目前，不忽略高频而降阶的有效方法是奇异摄动法：它针对一类动态快慢分明的系统，在不同时间尺度上对系统强行解耦达成快慢分解来降阶，但并不忽略快动态而是分别对快慢降阶子系统做设计，然后进行组合校正来形成全系统控制器。然而，当系统动态变化欠分明时，无法实施快慢强行解耦，因而该方法难以用于一般系统。因此，本项申请在深入借鉴和发掘奇异摄动思想频域意义基础上，提出一类新型分频组合控制策略。其基本思想是通过高（低）通滤波器、快（慢）速采样及信息融合等方法构建高（低）通采样子系统，对之分别高（低）频段H∞优化设计，并通过恰当组合校正形成全系统控制器。该策略克服了奇异摄动法局限性，为处理一般系统高频动态提供了一条可能途径。

本项申请旨在探索高频动态控制的新方法，以应对实际工程对控制精度与品质要求日益增高的挑战。这一挑战使得忽略高频动态的降阶控制方法难以达到理想控制效果。因此，针对系统高频动态如何拓展新的方法成为一个重要的研究课题。本项目基于奇异摄动的基本思想，在不同的时间尺度上对系统进行解耦，分频降阶，组合控制，既克服了奇异摄动方法的局限性，又为处理一般系统的高频动态提供依据。其次，本项目结合基于奇异摄动系统特有的频率特性，即慢（快）动态对低（高）频外部信号敏感，根据实际工程需求优化控制的性能指标，设计适用于有限频段的控制器，独树一帜地提出基于分频思想的切换控制，柔性控制策略等，弥补了传统奇异摄动系统组合控制策略的不足。再者，本项目进行了工程应用的探索：1）将本项目的基本研究结论推广到奇异摄动系统的复杂网络模型中，以电力同步电机为应用背景，将复杂网络模型其分解为慢子网络模型和快子网络模型，并讨论了各自网络的同步性，状态观测器，时滞现象处理方法等等；2）重点研究奇异摄动高频特性，得到高低频段划分依据，针对旋翼无人机系统内外环模型建立奇异摄动形式，分别为内外环建立适合其频段的控制器，以提高飞行器空中飞行的稳定性和抗风性能。