大滯后系統(tǒng)控制器的設(shè)計及性能評估.pdf

1、化工，熱工等流程工業(yè)中由于工藝、系統(tǒng)設(shè)計、對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，控制器參數(shù)的整定帶來了困難。本文通過幅值裕度和相位裕度分析了PID控制器對滯后系統(tǒng)控制的狀況，并得出結(jié)論:滯后時間越大，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象，本課題主要研究對滯后對象的系

2、統(tǒng)辨識，控制以及控制器的性能評估等問題。
　　1、在對滯后對象的辨識中，為了同時滿足響應(yīng)時間和臨界穩(wěn)定系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，本文選擇的辨識激勵信號是帶滯環(huán)的偏置繼電器信號。繼電器信號跟滯后對象形成單位負反饋的閉環(huán)回路。傳統(tǒng)的繼電反饋辨識法，都是將系統(tǒng)輸出的周期振蕩信號轉(zhuǎn)化到時域，然后讀取震蕩周期和振蕩幅值來解析算出對象參數(shù)。但是振蕩幅值的讀取很容易受到干擾的影響而使辨識結(jié)果不準確，甚至完全不可信。本文通過讀取振蕩輸出的半個周期，使用最

3、小二乘法辨識對象模型，大大提高了對象的辨識精度。同時，跟階躍信號下的最小二乘辨識相比，縮短了系統(tǒng)響應(yīng)時間。
　　2、在對滯后對象的控制中，本文中提出滯后對象控制的兩種改善方法:第一，使用改進的標準自抗擾控制回路結(jié)構(gòu)，通過擴張狀態(tài)觀測器對滯后系統(tǒng)做出補償，并將整個自抗擾控制結(jié)構(gòu)簡化為一個補償模塊和控制器模塊。自抗擾控制中的擴張狀態(tài)觀測器參數(shù)和控制器參數(shù)通過建立靈敏度函數(shù)和補靈敏度函數(shù)的H∞最小化性能指標，并通過PSO尋優(yōu)得到。第二，

4、針對臨界穩(wěn)定的積分加純滯后對象，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控制器來穩(wěn)定對象，通過選擇內(nèi)環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)的時間常數(shù)來優(yōu)化目標。外環(huán)使用IMC控制器，來綜合調(diào)整整個回路中系統(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。其中兩個控制器的參數(shù)通過線性二次調(diào)節(jié)器LQR優(yōu)化給出。
　　3、本文針對確定型干擾回路給出了控制器性能評估方法。本文將期望的IMC控制器閉環(huán)傳遞函數(shù)作