【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于控制器设计，尤其涉及一种鲁棒分散控制器的设计方法及系统。
技术介绍
1、实际的大规模控制系统通常情况下都具有复杂的控制结构，例如具有强相互作用的互联电力系统、具有许多外部信号的化工系统等都由许多子控制系统组成。其中一些子系统可能与其他子系统相互作用，有些则也可能独立存在于控制系统中。通常由于存在技术上的限制或地理界限，当每个子系统在收集或发送信息到控制中心，获取控制决策并反馈给每个子系统的过程中，有时会产生时延并造成传输的不确定性，对控制系统的整体控制效果产生影响。同时由于传输距离等客观因素的存在，使得传统的中心控制策略在解决大规模控制系统问题时不高效且不经济。一种常见的做法是采用分散控制策略，将复杂的大系统分成若干子系统，针对每个子系统设计子控制器以保证整体性能要求，如图1所示。与中心控制策略不同，分散控制系统只是采用局部信息进行本地控制，同时也能兼顾系统的整体性能，使整个控制系统更加灵活可靠，在实际工程应用中也更具有现实意义。
2、作为鲁棒控制理论的重要组成部分，鲁棒分散式控制器设计方法一直以来都是一个研究的热点。早期针对大规模和非线性两种控制系统，发展出一些分散控制器的设计方法，然而控制器设计中的许多基本问题却并未得到解决，特别是获得一个最优控制律来实现分散控制器的性能目标是异常困难的。后来提出了一种利用线性矩阵不等式来实现分散式h∞控制方法，但这种方法在应用到大规模控制系统中时计算复杂，难以很好的应用。还有一种采用局部控制器参数化的h2分散控制设计方法，但是由于各子系统之间的相互关联，很难保证系
3、鲁棒控制理论在处理控制系统中的不确定性和抗干扰方面的有效性早已得到广泛的关注。传统的鲁棒控制方法力求设计出系统存在不确定性的情况下保持系统稳定性和性能的控制器。而在实际应用时，当涉及到定义控制器结构和实现最小h∞范数时，往往缺乏实用性。相较于传统的鲁棒控制理论，本文提到的固定结构h∞控制理论是一种更加实用的鲁棒控制器设计方法。这种方法主要优点是在求解控制器之前可以对所求控制器的阶数和结构进行限定，并求解限定控制器情况下的系统最小h∞范数。但由于存在对求解控制器的限制，所以求解出的h∞范数会大于传统鲁棒控制理论求出的系统最小h∞范数，即牺牲一定的控制器性能来实现控制器结构设计的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种鲁棒分散控制器的设计方法及系统，能够抵抗系统中的各种不确定因素，如参数变化、外部干扰等，使得系统在面对这些不确定因素时仍能保持良好的控制性能。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种鲁棒分散控制器的设计方法，包括：构建控制系统的数学模型；
3、对所述控制系统进行不确定性分析，获取加权函数；
4、基于所述数学模型和所述加权函数，构建所述控制系统的广义被控对象模型；
5、基于所述广义被控对象模型，根据预设控制器结构，设计鲁棒分散控制器。
6、可选地，所述数学模型为：
7、
8、y(t)＝cx(t)+du(t)
9、其中，x是状态向量，u是控制输入，y是控制输出，a是系统矩阵，b是控制矩阵，c是输出矩阵，d是直接转移矩阵，是状态变量的一阶导数，(t)是时刻。
10、可选地，获取所述加权函数包括：
11、分析所述控制系统中的不确定性因素、外部扰动和测量噪声，获取所述控制系统的加权函数。
12、可选地，构建所述控制系统的广义被控对象模型包括：
13、基于所述加权函数，确定所述控制系统对不同频率干扰的敏感度，以及不同频率下性能指标的重要性；
14、基于所述敏感度和重要性，根据所述控制系统输入输出的关系，确定所述控制系统的所述广义被控对象模型。
15、可选地，设计所述鲁棒分散控制器包括：
16、预设所需的控制器结构，将控制器定义为对角线形式，并设置控制器的阶数以及状态空间参数；
17、使用matlab函数hinfstruct对预设的控制器求解，设置随机优化起点的次数，同时设置为并行优化，获取控制器生成结果。
18、可选地，所述控制器求解结果为：
19、c(s)＝diag(c1(s),...,cn(s))
20、其中，c(s)是分散控制器，c1(s)...cn(s)是子控制器。
21、可选地，设计所述鲁棒分散控制器后还包括：通过系统仿真和运行来验证鲁棒分散控制器的性能；
22、通过系统仿真和运行来验证鲁棒分散控制器的性能包括：
23、求解不同控制器阶数下系统的闭环h∞范数值，以及调节不同状态空间参数个数下系统的闭环h∞范数值；
24、验证鲁棒分散控制器的抗干扰性能；
25、验证鲁棒分散控制器的降噪性能。
26、为实现上述目的，本专利技术还提供了一种鲁棒分散控制器的设计系统，包括：第一构建模块、分析模块、第二构建模块和生成模块；
27、所述第一构建模块，用于构建控制系统的数学模型；
28、所述分析模块，用于对所述控制系统进行不确定性分析，获取加权函数；
29、所述第二构建模块，基于所述数学模型和所述加权函数，构建所述控制系统的广义被控对象模型；
30、所述生成模块，用于基于所述广义被控对象模型，根据预设控制器结构，设计鲁棒分散控制器。
31、可选地，所述生成模块包括：设置单元和求解单元；
32、所述设置单元，用于预设所需的控制器结构，将控制器定义为对角线形式，并设置控制器的阶数以及状态空间参数；
33、所述求解单元，用于使用matlab函数hinfstruct对预设的控制器求解，设置随机优化起点的次数，同时设置为并行优化，获取控制器生成结果。
34、可选地，所述系统还包括：仿真验证模块；
35、所述仿真验证模块通过系统仿真和运行来验证鲁棒分散控制器的性能包括：
36、求解不同控制器阶数下系统的闭环h∞范数值，以及调节不同状态空间参数个数下系统的闭环h∞范数值；
37、验证鲁棒分散控制器的抗干扰性能；
38、验证鲁棒分散控制器的降噪性能。
39、本专利技术具有以下有益效果：
40、鲁棒性较好：鲁棒分散控制器能够抵抗系统中的各种不确定因素，如参数变化、外部干扰等，使得系统在面对这些不确定因素时仍能保持良好的控制性能。
41、实时性强：鲁棒分散控制器能够实时地根据系统状态调整控制策略，从而有效地处理系统中的各种变化和异常情况。
42、适用范围广：鲁棒分散控制器可以应用于各种不同的系统和领域，如机械系统、电力系统、化工系统等，具有广泛的适用性。
43、稳定性好：鲁棒分散控制器在设计时通常会考虑到系统的稳定性和性能指标，通过合理的控本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种鲁棒分散控制器的设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的鲁棒分散控制器的设计方法，其特征在于，所述数学模型为：
3.根据权利要求1所述的鲁棒分散控制器的设计方法，其特征在于，获取所述加权函数包括：
4.根据权利要求1所述的鲁棒分散控制器的设计方法，其特征在于，构建所述控制系统的广义被控对象模型包括：
5.根据权利要求1所述的鲁棒分散控制器的设计方法，其特征在于，设计所述鲁棒分散控制器包括：
6.根据权利要求5所述的鲁棒分散控制器的设计方法，其特征在于，所述控制器求解结果为：
7.根据权利要求1所述的鲁棒分散控制器的设计方法，其特征在于，设计所述鲁棒分散控制器后还包括：通过系统仿真和运行来验证鲁棒分散控制器的性能；
8.一种鲁棒分散控制器的设计系统，其特征在于，用于实施权利要求1-7任一项所述的鲁棒分散控制器的设计方法，所述系统包括：第一构建模块、分析模块、第二构建模块和生成模块；
9.根据权利要求8所述的鲁棒分散控制器的设计系统，其特征在于，所述生成模块包括：设置
10.根据权利要求8所述的鲁棒分散控制器的设计系统，其特征在于，所述系统还包括：仿真验证模块；
...【技术特征摘要】
1.一种鲁棒分散控制器的设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的鲁棒分散控制器的设计方法，其特征在于，所述数学模型为：
3.根据权利要求1所述的鲁棒分散控制器的设计方法，其特征在于，获取所述加权函数包括：
4.根据权利要求1所述的鲁棒分散控制器的设计方法，其特征在于，构建所述控制系统的广义被控对象模型包括：
5.根据权利要求1所述的鲁棒分散控制器的设计方法，其特征在于，设计所述鲁棒分散控制器包括：
6.根据权利要求5所述的鲁棒分散控制器的设计方法，其特征在于，所述控制器求解结果为：...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳彬，杨博涵，陈辉，齐苗苗，张文旭，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
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