大滯后系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)及性能評(píng)估.pdf

1、化工，熱工等流程工業(yè)中由于工藝、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、對(duì)象特性等原因使得大多數(shù)控制回路都存在滯后的現(xiàn)象。滯后的存在使得控制器的設(shè)計(jì)，控制器參數(shù)的整定帶來(lái)了困難。本文通過(guò)幅值裕度和相位裕度分析了PID控制器對(duì)滯后系統(tǒng)控制的狀況，并得出結(jié)論:滯后時(shí)間越大，為了滿足閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，需要控制器增益越小。所以在滯后系統(tǒng)中使用PID控制器不能同時(shí)滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性，以及系統(tǒng)輸出跟蹤設(shè)定值的快速性。
　　為了全面的了解滯后對(duì)象，本課題主要研究對(duì)滯后對(duì)象的系

2、統(tǒng)辨識(shí)，控制以及控制器的性能評(píng)估等問(wèn)題。
　　1、在對(duì)滯后對(duì)象的辨識(shí)中，為了同時(shí)滿足響應(yīng)時(shí)間和臨界穩(wěn)定系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題，本文選擇的辨識(shí)激勵(lì)信號(hào)是帶滯環(huán)的偏置繼電器信號(hào)。繼電器信號(hào)跟滯后對(duì)象形成單位負(fù)反饋的閉環(huán)回路。傳統(tǒng)的繼電反饋辨識(shí)法，都是將系統(tǒng)輸出的周期振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)化到時(shí)域，然后讀取震蕩周期和振蕩幅值來(lái)解析算出對(duì)象參數(shù)。但是振蕩幅值的讀取很容易受到干擾的影響而使辨識(shí)結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至完全不可信。本文通過(guò)讀取振蕩輸出的半個(gè)周期，使用最

3、小二乘法辨識(shí)對(duì)象模型，大大提高了對(duì)象的辨識(shí)精度。同時(shí)，跟階躍信號(hào)下的最小二乘辨識(shí)相比，縮短了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。
　　2、在對(duì)滯后對(duì)象的控制中，本文中提出滯后對(duì)象控制的兩種改善方法:第一，使用改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)自抗擾控制回路結(jié)構(gòu)，通過(guò)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)滯后系統(tǒng)做出補(bǔ)償，并將整個(gè)自抗擾控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一個(gè)補(bǔ)償模塊和控制器模塊。自抗擾控制中的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器參數(shù)和控制器參數(shù)通過(guò)建立靈敏度函數(shù)和補(bǔ)靈敏度函數(shù)的H∞最小化性能指標(biāo)，并通過(guò)PSO尋優(yōu)得到。第二，

4、針對(duì)臨界穩(wěn)定的積分加純滯后對(duì)象，本文提出了IMC-Dahlin的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。其中內(nèi)環(huán)使用Dahlin控制器來(lái)穩(wěn)定對(duì)象，通過(guò)選擇內(nèi)環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)的時(shí)間常數(shù)來(lái)優(yōu)化目標(biāo)。外環(huán)使用IMC控制器，來(lái)綜合調(diào)整整個(gè)回路中系統(tǒng)輸出跟蹤設(shè)定值的能力，控制器消耗，系統(tǒng)抗干擾能力以及系統(tǒng)魯棒性等指標(biāo)。其中兩個(gè)控制器的參數(shù)通過(guò)線性二次調(diào)節(jié)器LQR優(yōu)化給出。
　　3、本文針對(duì)確定型干擾回路給出了控制器性能評(píng)估方法。本文將期望的IMC控制器閉環(huán)傳遞函數(shù)作