電磁驅(qū)動微鏡的H∞控制方法及系統(tǒng)與流程

本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電磁驅(qū)動微鏡的H_∞控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

MEMS微鏡是微光機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的一類器件。其結(jié)構(gòu)一般包括鏡面、扭桿、支撐裝置、驅(qū)動裝置等，尺寸一般在微米級。其具有微光機(jī)電系統(tǒng)的微小型化、集成度高、驅(qū)動能量小、動態(tài)性能好、可批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于光通信、條碼識別、投影成像、醫(yī)療器械、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。常見的驅(qū)動方式主要包括：電熱驅(qū)動、壓電驅(qū)動、靜電驅(qū)動、電磁驅(qū)動等。其中，電磁驅(qū)動微鏡因其具有驅(qū)動電壓、電流低，響應(yīng)速度快，偏轉(zhuǎn)角度大等優(yōu)勢，逐漸受到研究者的重視。

目前電磁驅(qū)動微鏡的控制以PID控制為主。采用PID控制能夠提高電磁驅(qū)動微鏡系統(tǒng)的動靜態(tài)性能：調(diào)節(jié)時間縮短，穩(wěn)態(tài)誤差降低，超調(diào)量減小。但依舊存在對系統(tǒng)未建模動態(tài)魯棒性能差、控制器功耗高、輸出噪聲大等問題，不符合實(shí)際應(yīng)用的需要。

H_∞控制是魯棒控制中的一種，其思想是將系統(tǒng)性能的要求歸納為對某些部分傳遞函數(shù)H_∞范數(shù)的限制，使其最大幅值增益最小，或小于某個值。在保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定前提下，設(shè)計(jì)反饋控制器K，使閉環(huán)系統(tǒng)滿足性能需求。而H_∞控制混合靈敏度優(yōu)化模型，能夠兼顧系統(tǒng)動靜態(tài)特性、對系統(tǒng)未建模動態(tài)的魯棒性能、降低控制器功耗、抑制噪聲等多項(xiàng)性能。

電磁驅(qū)動微鏡平臺是由NI PXI控制器和LabVIEW軟件及其他硬件設(shè)備組成的。該平臺適用于參數(shù)測量、系統(tǒng)控制等實(shí)驗(yàn)，可通過圖形化編程實(shí)現(xiàn)離散控制算法，并寫入到FPGA中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一個目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種電磁驅(qū)動微鏡的H_∞控制方法，能夠解決電磁驅(qū)動微鏡系統(tǒng)PID控制存在的問題，在保證微鏡系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)特性基礎(chǔ)上，提高對系統(tǒng)未建模動態(tài)魯棒性能、降低控制器功耗、抑制輸出噪聲，使電磁驅(qū)動微鏡系統(tǒng)更符合實(shí)際應(yīng)用的需求。

本發(fā)明的另一個目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種電磁驅(qū)動微鏡的H_∞控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的第一個目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種電磁驅(qū)動微鏡的H_∞控制方法，所述H_∞控制方法包括下列步驟：

S1、優(yōu)化模型的選擇；

根據(jù)目標(biāo)性能需要，選擇優(yōu)化的H_∞標(biāo)準(zhǔn)控制模型，所述H_∞標(biāo)準(zhǔn)控制模型包括：綜合設(shè)計(jì)的混合靈敏度模型、抑制干擾的靈敏度最小化模型、系統(tǒng)攝動魯棒性模型綜合設(shè)計(jì)的混合靈敏度模型，對于上述模式，設(shè)G為被控對象傳遞函數(shù)，K為H_∞控制器傳遞函數(shù)，W₁、W₂、W₃為權(quán)重函數(shù)，設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為L，其中L＝KG；設(shè)S＝1/(I+GK)^-1,R＝K/(I+GK)^-1,T＝GK/(I+GK)^-1，其中S為靈敏度函數(shù)，是外部干擾e到輸出y的傳遞函數(shù)，表征系統(tǒng)抑制干擾的能力和對參考輸入信號的跟蹤能力；R為參考輸入到控制量u的傳遞函數(shù)，表征對系統(tǒng)加性攝動的魯棒性能及對控制量幅度的限制；T為補(bǔ)靈敏度函數(shù)，是參考輸入r到標(biāo)稱對象輸出的傳遞函數(shù)，表征對系統(tǒng)乘性攝動的魯棒性能；

S2、加權(quán)函數(shù)的選擇；

設(shè)定優(yōu)化后閉環(huán)、開環(huán)傳遞函數(shù)的頻率特性；在高低頻段，歸納S、T與開環(huán)傳遞函數(shù)L的近似關(guān)系；根據(jù)性能要求及S、T、L之間的關(guān)系，畫出L、S、T、W₁、W₃的幅頻特性圖；尋找滿足幅頻特性要求的傳遞函數(shù)，近似匹配W₁、W₃；根據(jù)控制器限幅、帶寬、加性攝動魯棒性的要求，選擇W₂；

S3、加權(quán)函數(shù)參數(shù)的調(diào)節(jié)；

S4、H_∞控制器求解；

采用傳遞函數(shù)等效法，得到廣義對象傳遞函數(shù)P(s)，如下：

轉(zhuǎn)換成狀態(tài)空間表達(dá)式，求解控制器K，并給出K的零極點(diǎn)形式；

S5、閉環(huán)系統(tǒng)性能分析；

畫出各部分傳函和權(quán)重函數(shù)的幅頻特性曲線，分析性能是否滿足要求、求，并進(jìn)一步建立仿真分析系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間、上升時間、穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)量、干擾抑制能力、魯棒性能，若不能滿足要求，重復(fù)步驟S2-S5；

S6、H_∞控制器離散化；

通過Z變換方法進(jìn)行控制器離散化。

進(jìn)一步地，所述加權(quán)函數(shù)W₁、W₂、W₃如下：

式中，K₁為開環(huán)傳遞函數(shù)期望的低頻增益，ω_c為被控對象期望的剪切頻率，K₂為W₂的放大系數(shù)，K₃為W₃的放大系數(shù)(|K₃<1|)，Aω_c為W₃的剪切頻率。

進(jìn)一步地，所述步驟S2、加權(quán)函數(shù)的選擇具體為：

S21、設(shè)定閉環(huán)、開環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性；

S22、歸納S、T、L的關(guān)系；

S23、繪制幅頻特性圖；

系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)L整體為低通特性，根據(jù)L，S，T，W₁，W₃之間的幅頻特性關(guān)系，繪制幅頻特性圖。

進(jìn)一步地，所述S、T、L的關(guān)系在高低頻段的近似關(guān)系如下：

低頻區(qū)|L(jw)|>>1：S＝(I+L)-¹≈L-¹，T＝L/(I+L)≈I；

高頻區(qū)|L(jw)|<<1：S＝(I+L)-¹≈I，T＝L/(I+L)≈L。

進(jìn)一步地，所述步驟S3、加權(quán)函數(shù)參數(shù)的調(diào)節(jié)具體包括：

所述加權(quán)函數(shù)W₁的作用為系統(tǒng)靜態(tài)性能和抑制低頻干擾，K₁越大，S低頻增益越小，即W₁低頻增益大，呈低通特性；提高ω_c，系統(tǒng)動態(tài)特性好；

所述加權(quán)函數(shù)W₂的作用為限制控制量、帶寬、加性攝動魯棒性，將奇異問題轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)問題，設(shè)定加權(quán)函數(shù)W₁、加權(quán)函數(shù)W₃之后適當(dāng)調(diào)整，K₂越大，控制量越小，剪切頻率變小，帶寬減?。?/p>

所述加權(quán)函數(shù)W₃的作用為乘性攝動魯棒性和抑制高頻噪聲，T截止頻率大，高頻段增益小，W₃為高通特性；W₃的高頻段增益越大，抑制高頻噪聲能力越強(qiáng)；A調(diào)小，中頻段左移，系統(tǒng)快速性降低。

進(jìn)一步地，所述步驟S4、H_∞控制器求解中通過調(diào)用MATLAB魯棒控制工具箱函數(shù)求解控制器K。

進(jìn)一步地，所述步驟S6、H_∞控制器離散化中Z變換方法具體包括：

首先測得系統(tǒng)采樣時間，然后設(shè)計(jì)連續(xù)系統(tǒng)的連續(xù)控制器，再離散化或者首先測得系統(tǒng)采樣時間，然后對連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行離散化，設(shè)計(jì)離散系統(tǒng)的離散控制器。

本發(fā)明的另一個目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種電磁驅(qū)動微鏡的H_∞控制系統(tǒng)，所述H_∞控制系統(tǒng)包括：

優(yōu)化模型選擇模塊，該模塊根據(jù)目標(biāo)性能需要，選擇優(yōu)化的H_∞標(biāo)準(zhǔn)控制模型，所述H_∞標(biāo)準(zhǔn)控制模型包括：綜合設(shè)計(jì)的混合靈敏度模型、抑制干擾的靈敏度最小化模型、系統(tǒng)攝動魯棒性模型綜合設(shè)計(jì)的混合靈敏度模型，對于上述模式，設(shè)G為被控對象傳遞函數(shù)，K為H_∞控制器傳遞函數(shù)，W₁、W₂、W₃為權(quán)重函數(shù)，設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為L，其中L＝KG；設(shè)S＝1/(I+GK)^-1,R＝K/(I+GK)^-1,T＝GK/(I+GK)^-1，其中S為靈敏度函數(shù)，是外部干擾e到輸出y的傳遞函數(shù)，表征系統(tǒng)抑制干擾的能力和對參考輸入信號的跟蹤能力；R為參考輸入到控制量u的傳遞函數(shù)，表征對系統(tǒng)加性攝動的魯棒性能及對控制量幅度的限制；T為補(bǔ)靈敏度函數(shù)，是參考輸入r到標(biāo)稱對象輸出的傳遞函數(shù)，表征對系統(tǒng)乘性攝動的魯棒性能；

加權(quán)函數(shù)選擇模塊，該模塊用于設(shè)定優(yōu)化后閉環(huán)、開環(huán)傳遞函數(shù)的頻率特性；在高低頻段，歸納S、T與開環(huán)傳遞函數(shù)L的近似關(guān)系；根據(jù)性能要求及S、T、L之間的關(guān)系，畫出L、S、T、W₁、W₃的幅頻特性圖；尋找滿足幅頻特性要求的傳遞函數(shù)，近似匹配W₁、W₃；根據(jù)控制器限幅、帶寬、加性攝動魯棒性的要求，選擇W₂；

加權(quán)函數(shù)參數(shù)調(diào)節(jié)模塊，該模塊用于調(diào)節(jié)加強(qiáng)函數(shù)W₁、W₂、W₃的參數(shù)；

H_∞控制器求解模塊，該模塊采用傳遞函數(shù)等效法，得到廣義對象傳遞函數(shù)P(s)，如下：

轉(zhuǎn)換成狀態(tài)空間表達(dá)式，求解控制器K，并給出K的零極點(diǎn)形式；

閉環(huán)系統(tǒng)性能分析模塊，該模塊用于畫出各部分傳函和權(quán)重函數(shù)的幅頻特性曲線，分析性能是否滿足要求，并進(jìn)一步建立仿真分析系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間、、上升時間、穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)量、干擾抑制能力、魯棒性能，若不能滿足要求，返回所述加權(quán)函數(shù)選擇模塊；

H_∞控制器離散化模塊，該模塊通過Z變換方法進(jìn)行控制器離散化。

進(jìn)一步地，所述加權(quán)函數(shù)選擇模塊包括：

設(shè)定單元，該單元用于設(shè)定閉環(huán)、開環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性；

歸納單元，該單元用于歸納S、T、L的關(guān)系；

繪制單元，該單元用于繪制幅頻特性圖。

進(jìn)一步地，所述H_∞控制器離散化模塊的工作過程如下：

首先測得系統(tǒng)采樣時間，然后設(shè)計(jì)連續(xù)系統(tǒng)的連續(xù)控制器，再離散化或者首先測得系統(tǒng)采樣時間，然后對連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行離散化，設(shè)計(jì)離散系統(tǒng)的離散控制器。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

本發(fā)明公開的電磁驅(qū)動微鏡的H_∞控制方法，能夠解決電磁驅(qū)動微鏡系統(tǒng)PID控制存在的問題，在保證微鏡系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)特性基礎(chǔ)上，提高對系統(tǒng)未建模動態(tài)魯棒性能、降低控制器功耗、抑制輸出噪聲，使電磁驅(qū)動微鏡系統(tǒng)性能更符合實(shí)際應(yīng)用的需求。

附圖說明

圖1是電磁驅(qū)動微鏡的示意圖；

圖2是電磁驅(qū)動微鏡系統(tǒng)框圖；

圖3是混合靈敏度優(yōu)化模型系統(tǒng)框圖；

圖4是開環(huán)系統(tǒng)及權(quán)重函數(shù)幅頻特性圖；

圖5是微鏡系統(tǒng)閉環(huán)控制LabVIEW程序流程圖；

圖6是本發(fā)明中公開的電磁驅(qū)動微鏡的H_∞控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例一

請參見圖6，圖6是本實(shí)施例中公開的電磁驅(qū)動微鏡的H_∞控制方法的流程圖。本實(shí)施例公開的電磁驅(qū)動微鏡的H_∞控制方法，在保證電磁微鏡系統(tǒng)良好的動靜態(tài)特性基礎(chǔ)上，提高對未建模動態(tài)魯棒性能，降低控制器功耗，抑制輸出噪聲。

下面結(jié)合圖1-圖6，具體說明一種電磁驅(qū)動微鏡的H_∞控制方法的詳細(xì)過程。如附圖6所示，電磁驅(qū)動微鏡的H_∞控制方法包括下列步驟：

步驟S1、優(yōu)化模型的選擇。

H_∞標(biāo)準(zhǔn)控制模型主要包括：綜合設(shè)計(jì)的混合靈敏度模型、抑制干擾的靈敏度最小化模型、系統(tǒng)攝動魯棒性模型，其中綜合設(shè)計(jì)的混合靈敏度模型包括靈敏度最小化模型和系統(tǒng)攝動魯棒性模型。如果需要抑制系統(tǒng)外部干擾，則選擇靈敏度最小化模型；如果需要提高系統(tǒng)對不確定性的魯棒性能，則選擇魯棒性模型；如果需要同時兼顧系統(tǒng)抑制系統(tǒng)外部干擾和對不確定性的魯棒性能，則選取混合靈敏度模型。

如附圖3所示，設(shè)其中G為被控對象傳遞函數(shù)，K為H_∞控制器傳遞函數(shù)，W₁、W₂、W₃為權(quán)重函數(shù)。靈敏度最小化模型含有W₃，無W₁、W₂；系統(tǒng)攝動魯棒性模型乘性問題含W₁，加性問題含W₂。設(shè)S＝1/(I+GK)^-1,R＝K/(I+GK)^-1,T＝GK/(I+GK)^-1。

步驟S2、加權(quán)函數(shù)的選擇。

步驟S21、設(shè)定閉環(huán)、開環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性；

閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)G_cl(s)＝L(s)(1+L(s))^-1與系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)L之間存在對應(yīng)關(guān)系。一般期望的閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性為：低頻段幅值接近1，相當(dāng)于對低頻信號直通，跟蹤信號動靜態(tài)特性好；中頻段較寬，幅值下降，截止頻率高，系統(tǒng)響應(yīng)迅速；高頻段幅值增益小，并迅速下降，抑制高頻噪聲能力強(qiáng)。則相對的開環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性為：低頻段增益很大，中頻段較寬，截止頻率高，高頻段增益很小。

步驟S22、歸納S、T、L的關(guān)系；

在高低頻段S、T、L的近似關(guān)系式如下：

低頻區(qū)|L(jw)|>>1：S＝(I+L)^-1≈L^-1，T＝L/(I+L)≈I；

高頻區(qū)|L(jw)|<<1：S＝(I+L)^-1≈I，T＝L/(I+L)≈L；

步驟S23、畫幅頻特性圖；

系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)L整體為低通特性，根據(jù)L，S，T，W₁，W₃之間的幅頻特性關(guān)系，畫幅頻特性圖。如附圖4，陰影區(qū)域?yàn)殚_環(huán)傳遞函數(shù)幅頻曲線可能出現(xiàn)的區(qū)間。

低頻段，靈敏度函數(shù)S接近L^-1，為減少跟蹤誤差，應(yīng)為高通特性，用一階慣性環(huán)節(jié)近似；又由于||S||_∞≤||W₁^-1||_∞，所以||L||_∞≥||W₁||_∞，L幅值在W₁之上的區(qū)域。通過調(diào)節(jié)權(quán)重函數(shù)W₁的參數(shù)，改變開環(huán)傳遞函數(shù)的低中頻段特性。

高頻段，補(bǔ)靈敏度函數(shù)T接近L，為使開環(huán)傳遞函數(shù)高頻段增益很小，增強(qiáng)抑制高頻噪聲能力，W₃為高通，用微分環(huán)節(jié)代替。又由于||T||_∞≤||W₃^-1||_∞，所以||L||_∞≤||W₃^-1||_∞，即開環(huán)傳遞函數(shù)高頻段幅值小于W₃^-1，在W₃^-1之下的區(qū)域。通過調(diào)節(jié)權(quán)重函數(shù)W₃的參數(shù)，來改變開環(huán)傳遞函數(shù)的中高頻段特性。

步驟S3、加權(quán)函數(shù)參數(shù)的調(diào)節(jié)。

設(shè)依照步驟S2構(gòu)建加權(quán)函數(shù)W₁、W₂、W₃如下：

式中，K₁為開環(huán)傳遞函數(shù)期望的低頻增益，K₁越大，S低頻增益越小，偏差越小。ω_c為被控對象期望的剪切頻率,ω_c增大能提高開環(huán)最低剪切頻率，提高系統(tǒng)動態(tài)性能。K₂為W₂的放大系數(shù)，K₂(|K₂>>1|)越大對控制器輸出限制越強(qiáng)，對系統(tǒng)加性不確定性魯棒性越好。K₃為W₃的放大系數(shù)(|K₃<1|)，保證在低頻段增益極小，高頻段增益較大，抗高頻噪聲能力越強(qiáng)。Aω_c為W₃的剪切頻率，即最高剪切頻率(滿足A>1，區(qū)分高低頻段)。越大中頻帶越寬，系統(tǒng)快速性越好。表1包括各項(xiàng)權(quán)重函數(shù)的傳遞函數(shù)、作用及參數(shù)調(diào)節(jié)方法，在設(shè)計(jì)控制器時作為參考。

表1權(quán)重函數(shù)選擇參考表

步驟S4、H_∞控制器求解。

采用傳遞函數(shù)等效法，得到廣義對象傳遞函數(shù)P(s)如公式(2)，再轉(zhuǎn)換成狀態(tài)空間表達(dá)式。適用條件：W₂,W₃G,W₁,G為真實(shí)有理函數(shù)陣(非嚴(yán)真)。再調(diào)用MATLAB魯棒控制工具箱函數(shù)求解控制器K，并給出K的零極點(diǎn)形式。

步驟S5、閉環(huán)系統(tǒng)性能分析。

畫出各部分傳函和權(quán)重函數(shù)的幅頻特性曲線，初步分析性能是否滿足要求。并進(jìn)一步建立仿真分析系統(tǒng)各項(xiàng)性能，包括：系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間、上升時間、穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)量、干擾抑制能力、魯棒性能等，若不能滿足要求，重復(fù)步驟S2-S5。

步驟S6、H_∞控制器離散化。

對連續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制器，然后通過Z變換進(jìn)行控制器離散化。這種方法的控制器不需要重新設(shè)計(jì)，簡單方便，在系統(tǒng)采樣頻率較高的情況下能夠取得較好效果。設(shè)求得離散控制器K(s)如下：

將其寫成差分方程的形式：

u(k)＝a₁e(k-1)+a₂e(k-2)…+a_ne(k-n)-b₁u(k-1)+b₂u(k-2)…+(-1)^mb_mu(k-m)(4)

控制效果分析

a.動靜態(tài)特性分析：

H_∞控制微鏡系統(tǒng)階躍響應(yīng)調(diào)節(jié)時間約為7ms，超調(diào)量≤0.1mm(≤參考值的2.5％)，動態(tài)性能良好；穩(wěn)態(tài)誤差≤0.01mm(≤參考值的0.25％)，靜態(tài)性能良好。

b.抑制噪聲能力分析：

穩(wěn)態(tài)時，H_∞控制曲線含有幅值為±0.01mm的噪聲，PID控制輸出噪聲幅值為±0.05mm，H_∞控制比PID控制抑制噪聲能力更強(qiáng)。

c.對系統(tǒng)未建模動態(tài)魯棒性能分析：

仿真H_∞控制器參數(shù)是基于模型求得的，且該組參數(shù)直接應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)獲得了良好的動靜態(tài)性能。H_∞控制對微鏡系統(tǒng)未建模動態(tài)魯棒性能良好。

d.控制量功耗分析：

H_∞控制量在“跟蹤上升”階段從0增加，之后保持在0.3A～0.4A之間，而PID控制器的控制量在±0.8A之間，出現(xiàn)“飽和”現(xiàn)象。由于H_∞控制在設(shè)計(jì)時有考慮到對控制量u(k)的限幅，因此在獲得同樣的動靜態(tài)特性時，H_∞控制的微鏡系統(tǒng)比PID控制功耗低。

綜上，本發(fā)明設(shè)計(jì)出的電磁驅(qū)動微鏡H_∞控制，能夠在獲得良好的動靜態(tài)性能的基礎(chǔ)上，很好地解決了PID控制的問題，提高了對系統(tǒng)未建模動態(tài)的魯棒性能，降低控制功耗、減小切換區(qū)間；提高了抑制噪聲能力。

實(shí)施例二

本實(shí)施例公開了一種電磁驅(qū)動微鏡的H_∞控制系統(tǒng)，所述H_∞控制系統(tǒng)包括：

優(yōu)化模型選擇模塊，該模塊根據(jù)目標(biāo)性能需要，選擇優(yōu)化的H_∞標(biāo)準(zhǔn)控制模型，所述H_∞標(biāo)準(zhǔn)控制模型包括：綜合設(shè)計(jì)的混合靈敏度模型、抑制干擾的靈敏度最小化模型、系統(tǒng)攝動魯棒性模型綜合設(shè)計(jì)的混合靈敏度模型，對于上述模式，設(shè)G為被控對象傳遞函數(shù)，K為H_∞控制器傳遞函數(shù)，W₁、W₂、W₃為權(quán)重函數(shù)，設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為L，其中L＝KG；設(shè)S＝1/(I+GK)^-1,R＝K/(I+GK)^-1,T＝GK/(I+GK)^-1，其中S為靈敏度函數(shù)，是外部干擾e到輸出y的傳遞函數(shù)，表征系統(tǒng)抑制干擾的能力和對參考輸入信號的跟蹤能力；R為參考輸入到控制量u的傳遞函數(shù)，表征對系統(tǒng)加性攝動的魯棒性能及對控制量幅度的限制；T為補(bǔ)靈敏度函數(shù)，是參考輸入r到標(biāo)稱對象輸出的傳遞函數(shù)，表征對系統(tǒng)乘性攝動的魯棒性能。

加權(quán)函數(shù)選擇模塊，該模塊用于設(shè)定優(yōu)化后閉環(huán)、開環(huán)傳遞函數(shù)的頻率特性；在高低頻段，歸納S、T與開環(huán)傳遞函數(shù)L的近似關(guān)系；根據(jù)性能要求及S、T、L之間的關(guān)系，畫出L、S、T、W₁、W₃的幅頻特性圖；尋找滿足幅頻特性要求的傳遞函數(shù)，近似匹配W₁、W₃；根據(jù)控制器限幅、帶寬、加性攝動魯棒性的要求，選擇W₂；

其中，所述加權(quán)函數(shù)選擇模塊包括：

設(shè)定單元，該單元用于設(shè)定閉環(huán)、開環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性；

歸納單元，該單元用于歸納S、T、L的關(guān)系；

繪制單元，該單元用于繪制幅頻特性圖。

加權(quán)函數(shù)參數(shù)調(diào)節(jié)模塊，該模塊用于調(diào)節(jié)加強(qiáng)函數(shù)W₁、W₂、W₃的參數(shù)；

H_∞控制器求解模塊，該模塊采用傳遞函數(shù)等效法，得到廣義對象傳遞函數(shù)P(s)，如下：

轉(zhuǎn)換成狀態(tài)空間表達(dá)式，求解控制器K，并給出K的零極點(diǎn)形式。

閉環(huán)系統(tǒng)性能分析模塊，該模塊用于畫出各部分傳函和權(quán)重函數(shù)的幅頻特性曲線，分析性能是否滿足要求，并進(jìn)一步建立仿真分析系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間、、上升時間、穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)量、干擾抑制能力、魯棒性能，若不能滿足要求，返回所述加權(quán)函數(shù)選擇模塊。

H_∞控制器離散化模塊，該模塊通過Z變換方法進(jìn)行控制器離散化；

所述H_∞控制器離散化模塊的工作過程如下：

首先測得系統(tǒng)采樣時間，然后設(shè)計(jì)連續(xù)系統(tǒng)的連續(xù)控制器，再離散化或者首先測得系統(tǒng)采樣時間，然后對連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行離散化，設(shè)計(jì)離散系統(tǒng)的離散控制器。

值得注意的是，上述系統(tǒng)實(shí)施例中，所包括的各個模塊和單元只是按照功能邏輯進(jìn)行劃分的，但并不局限于上述的劃分，只要能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能即可；另外，各模塊和單元的具體名稱也只是為了便于相互區(qū)分，并不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。