多工作频段高频动态特性的柔性分频切换控制方法研究

If high-frequency dynamics of a control system can not be neglected directly, the classical approaches are utilized to improve control accuracy, that is high-frequency and low-frequency subcontrollers are designed, respectively, according to the frequency characteristics in corrsponding frequency ranges, and the composition strategy integrated by subcontrollers is put forward to gurantee the smooth operation of the whole system. With the development of modern science technology, there exist phenomena, namely high-frequency dynamics in different frequency ranges can be triggered by specific conditions, in many complex systems such as unmanned aerial vehicles and mechatronics systems. In this case, finite frequency control based on fixed frequency ranges can not meet this challenge effectively. To deal with this problem, this application, based on the new results of finite frequency control in fixed frequency ranges finaced by Youth Fund (61104064), mainly researches on switch methods between different high-frequency dynamic control design strategies along with the system working condition changes. This application with aid of concepts and methods of switch control further aims at establishing basis of control methods facing uncertain high-frequency dynamics.

当系统的高频动态不能被忽略时，为提高控制精度，传统的处理思想是针对系统高频与低频动态的频率特性、分别设计相应的高频和低频控制器，再以恰当的方式组成保证系统平稳运行的控制器。随着现代科学技术的不断发展，许多结构复杂的系统（如旋翼直升机、机电一体化系统等）会出现由特定工作状况激发不同频段上的高频动态的复杂现象，基于固定频段的分频控制无法有效地克服这一困难。为解决这一问题，本项申请基于青年基金（61104064）关于固定频段分频组合控制的先期进展，借鉴切换控制的思想与方法，研究随系统工作状况发生变化时，在基于不同高频动态设计的控制策略之间进行切换的方法，以保证系统能够高精度地平稳运行，为进一步发展面向不确定高频动态的控制方法建立一个可行的基础。

随着现代科学技术的不断发展，许多结构复杂的系统（如旋翼直升机、机电一体化系统等）会出现由系统的特定工作状态或外部环境条件激发不同频段上的高频动态的复杂现象，基于固定频段的分频控制无法有效地克服这一困难。基于此，本项申请基于青年基金（61104064）关于固定频段分频组合控制的先期进展，借鉴切换控制的思想与方法，研究随系统工作状态或环境条件发生变化时，在基于不同高频动态特性设计的控制策略之间进行平稳切换的柔性控制方法，以保证系统条件能够高精度地稳定运行，为进一步发展面向复杂高频动态的控制方法建立了一个可行的基础。首先着重研究如何依据系统工作状况、确定系统的工作频段；然后依此将系统划分为不同工作状态下的高低分频子系统；进而按照现有的分频组合控制设计方法，在不同工作状态下分别针对高频和低频子系统设计相应的高通和低通控制器，并加以组合作为系统在该状态下的控制策略；最后，借助切换控制的设计思想和方法，探索控制器于不同工作状态之间的平稳切换或者叠加条件，实现对高频动态的频段因外部扰动的不同而差异显著的柔性控制。与本项目相关的成果，在国内外刊物共发表论文17 篇，其中 SCI 刊物 11 篇，会议论文 5篇，博士学位论文2篇，硕士学位论文7篇，申请专利20项。