定值擾動下時滯系統(tǒng)固定結(jié)構(gòu)控制器優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、近年來，隨著擾動概念的拓展，研究者越發(fā)重視對控制系統(tǒng)的抗擾性能進(jìn)行研究。而在化工工業(yè)，控制系統(tǒng)的擾動抑制性能尤為重要。因此，研究抗擾控制是當(dāng)前熱點，也具有實際意義。本論文結(jié)合化工對象的特點，以抗擾為核心，針對單變量和多變量時滯系統(tǒng)，在存在定值擾動干擾下，研究化工工業(yè)廣泛使用的固定結(jié)構(gòu)控制器的優(yōu)化設(shè)計，提出了滿足抗擾需求的模型綜合設(shè)計方法和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的性能優(yōu)化方法。
　　1.基于模型綜合的PID和帶擾動觀測器的控制系統(tǒng)設(shè)計。內(nèi)模控

2、制是模型綜合設(shè)計思想的典型代表（其它模型綜合方法可以轉(zhuǎn)化或者等價成內(nèi)模原理）。本文深入研究了內(nèi)模-PID的控制性能，提出了不同對象下滿足擾動抑制性能的內(nèi)模濾波器結(jié)構(gòu)，并使用優(yōu)化手段得到了最優(yōu)的濾波器參數(shù)。類似地，論文還設(shè)計了帶擾動觀測器的控制系統(tǒng)。
　　2.抗擾PID的直接優(yōu)化。先進(jìn)的PID設(shè)計方法將PID的整定轉(zhuǎn)化成一個約束優(yōu)化問題。一般地，將控制系統(tǒng)的輸出性能指標(biāo)（在時域上定義）作為目標(biāo)函數(shù)，將系統(tǒng)的魯棒性能指標(biāo)（在頻域上定義

3、）作為約束條件。此類約束優(yōu)化問題是一個非凸優(yōu)化問題，是一類特殊的優(yōu)化問題。為解此特殊的優(yōu)化問題，本論文首先研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性，求出滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的參數(shù)空間，然后求出滿足約束條件的參數(shù)空間，在兩者的交集中尋找使得目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的參數(shù)。如此得到的最優(yōu)解是全局最優(yōu)解，同時提出的方法只需要對象的頻率響應(yīng)，不需要低階近似模型，從而可用于高階對象。論文將相關(guān)結(jié)果用到了不確定時滯對象的抗擾設(shè)計上。
　　3.基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的帶擾動觀測器的控制系統(tǒng)設(shè)計。

4、數(shù)據(jù)驅(qū)動控制器設(shè)計可以看成是直接基于性能指標(biāo)的設(shè)計方法，此類方法通常是在模型未知的情況下直接優(yōu)化某一性能指標(biāo)。通過改變設(shè)定值，可以很容易得到以設(shè)定值跟蹤為目標(biāo)的性能指標(biāo)值，從而優(yōu)化控制系統(tǒng)，但是如果要優(yōu)化以擾動抑制為目標(biāo)的性能指標(biāo)，則需要引入一個足夠明顯的擾動信號，這對系統(tǒng)通常是不利的，因而限制了其在抗擾方面的應(yīng)用。鑒于此，本論文提出一種間接的數(shù)據(jù)驅(qū)動控制方法。具體而言，通過引入模型參數(shù)為中間變量，直接優(yōu)化模型參數(shù)，而利用指定的函數(shù)關(guān)系

5、確定控制器參數(shù)，達(dá)到間接優(yōu)化控制器的目的。其中，該指定的函數(shù)關(guān)系根據(jù)擾動抑制性能提出，從而達(dá)到設(shè)計具有良好擾動抑制的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的控制系統(tǒng)的目的。
　　4.多變量時滯對象的抗擾設(shè)計。最常見的多變量控制方案是分散控制，本論文首先考慮了在此類控制結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)的擾動抑制問題。在分析外部擾動對系統(tǒng)輸出影響的基礎(chǔ)上，論文提出了一種基于非參數(shù)等價模型的分散控制器抗擾設(shè)計方法。除了分散式控制結(jié)構(gòu)，另外一種典型的多變量系統(tǒng)控制方案是解耦控制，其目