液体运送时液面晃动的H∞控制.pdfVIP

科技论坛 11 · · 液体运送时液面晃动的H∞控制 张云辉 （沈阳理工大学汽车与交通学院，辽宁沈阳 110159） 摘 要：在液体进行快速运送过程中，当系统参数具有不确定性及外界干扰时，为有效抑制液面的晃动，本文建立了液体运送时液面 晃动的数学模型，针对系统模型的不确定性和外界干扰，设计H∞ 控制器，使其能有效抑制液面晃动。当系统参数变化时，控制效果保持基 本一致，说明该H∞ 鲁棒控制器控制效果良好，且具有较强的鲁棒稳定性。 关键词：液体运送；液面晃动；H∞ 控制；鲁棒稳定性 铸造行业中，为了保证生产安全及产品质量，要对钢水运送时 液面的晃动加以控制。然而现实中由于系统参数的不稳定性、建模 时的简化以及外界干扰等因素，使得系统模型有很大的不确定性， 这一不确定性使得传统控制理论的应用有很大的局限性。为了弥补 这种不足，本文通过研究H∞控制理论，在不确定性的非精确模型 基础上来分析系统和设计控制器，使得当系统具有不确定性及外界 干扰时，钢水快速运送过程中仍能保持稳定。 笔者设计了一个H∞控制器，使得系统存在一定的不确定性时 仍能保持稳定。H 控制是鲁棒控制理论的重要分支，是分析和处 ∞ 理具有不确定性系统的控制理论。很多学者对H∞控制理论及其应 用做了大量研究，取得丰硕的研究成果，发表了很多相关的文章。 冯蕾 [1] 详尽总结了H∞鲁棒控制理论的发展并对此进行了展望。 Chen等[2-3]对时滞系统的H∞控制问题进行了深入研究。陈虹等[4]研 图1液体运送原理图 究了基于LMI的约束系统H 控制及其滚动优化实现。在实际中， ∞ 要设计一个性能良好的H∞控制系统，必须通过大量的实验，取得 相应的数据，并通过仿真确定H 控制器。 ∞ 1液体运送过程中液面晃动模型 液体运送原理图如图1所示。 为了解液体运送过程中的液面晃动规律，把容器中的液体看作 单摆，图中各符号的物理量定义如下： l为等效摆长，m，其值与液面高度有关；m为液体质量，kg；兹 为 液面晃动角，(rad)；准 为拖动电机旋转角，(rad)；x为容器运行距离， 2 图2系统的跟踪控制问题 m；c为液体粘性系数，（N·s）/m 。 根据文献[5]，可得到液面晃动模型为： 




 d e u ++ （1） r + y K G 由式（1），系统的传递函数为： - （2） 图3H∞标准设计问题模型 仿真时的系统参数为： 。 S