基于多目标GA的H_∞加权函数优化控制方法研究
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摘要
本文依据H∞控制理论，结合H∞混合灵敏度加权函数的选择，提出了一种
SISO系统基于多目标遗传算法（MOGAS）的H∞混合灵敏度加权函数优化控制设计方法。针对H∞控制方法存在的保守性和加权函数选取无明确方法的问题，做了算法的改进。给出了一种新的加权函数选取型式，在此基础上根据多目标遗传算法进行了加权函数的优化选取，并确立了控制器。
仿真结果表明，本文方法对外部扰动、对象模型的结构和非结构不确定性摄动具有灵敏度低、跟踪速度快、稳定裕度好等优点，使系统动态性能比常规H∞、PID和Smith预估控制方法有了明显改善
In this thesis, an H∞controller parameters optimizing method of mixed weighted sensitivity function of SISO system based on the Genetic Algorithms is discussed. Aiming at the delay and no specific selection of weighting functions, a new algorithm is brought forward. A new selection of weighting functions is given and a controller is obtained using the weighting functions that are selected on the basis of MOGAS.
Experiment study results show that systems using controllers designed by this method have low sensitivity, good stability and strong robustness for uncertainty and have better closed-loop dynamic performance when comparing with the normal H∞, PID and Smith controller.
Zhang Xue Gang(control theory and control engineering)
Directed by prof. Li Da Zhong
SISO系统基于多目标遗传算法（MOGAS）的H∞混合灵敏度加权函数优化控制设计方法。针对H∞控制方法存在的保守性和加权函数选取无明确方法的问题，做了算法的改进。给出了一种新的加权函数选取型式，在此基础上根据多目标遗传算法进行了加权函数的优化选取，并确立了控制器。
仿真结果表明，本文方法对外部扰动、对象模型的结构和非结构不确定性摄动具有灵敏度低、跟踪速度快、稳定裕度好等优点，使系统动态性能比常规H∞、PID和Smith预估控制方法有了明显改善
In this thesis, an H∞controller parameters optimizing method of mixed weighted sensitivity function of SISO system based on the Genetic Algorithms is discussed. Aiming at the delay and no specific selection of weighting functions, a new algorithm is brought forward. A new selection of weighting functions is given and a controller is obtained using the weighting functions that are selected on the basis of MOGAS.
Experiment study results show that systems using controllers designed by this method have low sensitivity, good stability and strong robustness for uncertainty and have better closed-loop dynamic performance when comparing with the normal H∞, PID and Smith controller.
Zhang Xue Gang(control theory and control engineering)
Directed by prof. Li Da Zhong
引文
[1] Zames G., Feddback and optimal sensitivity：Model reference transfor-mations，multiplicative seminorms and approximate inverse, IEEE Trans AC，1981，26(4)
[2] Zames G.，Francis B. A.，A new approach to classical frequency methods：Feedback and minimax sensitivity， IEEE CDC Conference，San Diego，California，1981
[3] Doyle J C, Glover K, Hargoneger P K, Francis B A, State-space solution to standard H2and H∞ Control problem, IEEE Trans. Automatic Control, 1989,34(8): 831-847
[4] Basar T.，P. Bernhard，H∞—optimal control and related minimax design problems：A dynamic game approach ，Boston Birkhauser，1991
[5] Kimura H, Lu Y, Kawatani R. On the Structure of H∞ control systems and related extensions. IEEE Trans. Automatic Control, 1991, 36(6):653-667
[6] Green M., H∞ controller synthesis by J—lossless coprime factoriza-tion, SIAM J Control and Optimization，1992，30(3)
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[9] John Koyle, Krmin Zhou, Mixed H2 and H∞ Performance Objectives II: Optimal Control, IEEE Trans. Automatic Control, 1994 39(8): 1575-1578
[10] Huibert Kwakernaak, Robust Control and H∞-Optimization-Tutorial Paper, IEEE Trans. Automatic Control, 1993 29(2): 255-273
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[24] 李大中，弹性转子磁气轴承系统的H∞控制，热能动力工程，1999，14，：481－483
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[26] 汪自勤，胡克定，钱钟韩，基于奇异值性能指标的鲁棒控制器设计，控制理论与应用，1989,6(2):88-93
[27] 恒庆海，王广雄，SISO系统混合灵敏度的鲁棒性能设计，控制与决策，1999，14（3）：270－275
[28] Tan Wen, Niu Yuguang, Liu Jizhen，Robust Control for a Nonlinear Boiler-Turbine System，控制理论与应用，1999，16（6）：863－867
[29] 解学书，钟宜生，H∞控制理论，清华大学出版社，1994
[30] 冯纯伯，田玉平，忻欣， 鲁棒控制系统设计， 东南大学出版社，1995
[31] 吴敏，桂卫华，现代鲁棒控制，中南大学出版社，1998
[32] 王德进，H2和H∞优化控制理论，哈尔滨工业大学出版社，2001
[33] 杨智民，王旭，庄显义， 遗传算法在自动控制领域中的应用综述， 信息与控制, 2000, 29(4): 329-337
[34] 赖晓阳，施颂椒，张钟俊，基于遗传算法的综合方法，控制与决策，1997
[35] 代冀阳，毛剑琴，基于遗传算法的鲁棒H∞控制系统设计， 系统工程与
电子技术， 2001，23（10）：31－38
[36] 马岚，张燕东，多目标遗传算法及其在自动控制系统设计中的应用，系统工程与电子技术，1997，9：71－76
[37] 王广雄，何雨奋，多目标遗传算法和伺服设计中的寻优问题，电机与控制学报，1997，1（3）：139－142
[38] 郑紫微，王兴成，贾欣乐，一种GA和H∞混合优化控制器的设计方法，大连海事大学学报，1999，25（2）：85－89
[39] 武富春，遗传算法在混合H2/ H∞优化控制设计中的应用，电脑开发与应用，1997，10（4）：15－17
[40] 涂承媛，涂承宇，一种新的收敛于全局最优解的遗传算法，信息与控制，2001，30（2）：116－119
[41] 王兴成，郑紫微，基于GA和H∞混合优化的船舶航向控制器设计新方法，控制与决策，1999，14（11）：526－530
[42] 谭文，刘吉臻，典型工业过程的H∞控制，控制理论与应用，1999，16（5）：682－686
[43] 吴敏，桂卫华，鲁棒控制系统的分析与综合，中南矿冶学院学报，1993，24（6）：807－812
[44] 丛山，施颂椒，一类SISO系统的结构奇异值综合，控制理论与应用，1995，12（2）：219－223
[45] 周明，孙树栋，遗传算法原理及应用，国防工业出版社，1999
[46] 代冀阳，基于进化算法的直升机鲁棒飞行控制及故障检测研究，（博士学位论文），北京航空航天大学，2001
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