內(nèi)?？刂品椒ㄔ趶?fù)雜系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展,生產(chǎn)過程變得越來越復(fù)雜,常常包含著非自衡對象,變結(jié)構(gòu)對象,而過程對象中又常常存在不確定性、時滯性、多變量耦合、輸入輸出受約束等復(fù)雜特征。對于這些復(fù)雜的被控工業(yè)過程,采用常規(guī)的內(nèi)?？刂品椒y以達到理想的控制效果。為了更好的發(fā)揮內(nèi)模控制的優(yōu)勢,針對復(fù)雜系統(tǒng)中的各種特殊被控對象研究出簡單、有效、實用的新型內(nèi)?？刂品椒撼蔀楫?dāng)前研究領(lǐng)域及現(xiàn)代工業(yè)的迫切需求之一。本文正是基于這個立足點,以內(nèi)模控制為基本控制方法,從內(nèi)?？刂?/p>

2、結(jié)構(gòu)的改進、內(nèi)模結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與魯棒性分析、濾波器的改進等方向?qū)?fù)雜系統(tǒng)中一些難題提出了一些解決方案和改進措施,主要研究內(nèi)容和已取得的研究成果如下:
　　 (1)闡述了系統(tǒng)辨識的原理和幾種常見的辨識方法。重點研究了粒子群算法(PSO)和無約束多維尋優(yōu)(Powell)算法,通過分析這兩種算法的優(yōu)缺點,提出了一種基于Powell的PSO辨識算法,通過對化工過程中某對象模型進行辨識,仿真實驗證明了所提出算法的有效性和魯棒性。研究了工業(yè)現(xiàn)

3、場中常見的幾種響應(yīng)不規(guī)范情況,該方法能有效地解決在初值非穩(wěn)態(tài)、終值非穩(wěn)態(tài)、輸出發(fā)散等響應(yīng)不規(guī)范情形下的模型辨識問題。
　　 (2)介紹了內(nèi)?？刂频慕Y(jié)構(gòu)、原理和設(shè)計方法等,研究了內(nèi)?？刂坪徒?jīng)典反饋控制的關(guān)系,以及濾波器的設(shè)計方法。研究了時滯環(huán)節(jié)的各種近似處理方法,對一階Taylor近似、一階Pade近似、二階對稱Pade近似、二階非對稱Pade近似以及全極點近似法進行了比較?；谝陨衔宸N近似方法針對一階時滯系統(tǒng)和二階時滯系統(tǒng)設(shè)計了

4、內(nèi)?？刂破?并推導(dǎo)了IMC-PID控制器的參數(shù)整定公式。
　　 (3)研究了基于內(nèi)?？刂品椒ǖ亩嘧兞繒r滯系統(tǒng)的解耦控制問題,提出了兩種內(nèi)?？刂品桨?第一種是基于V規(guī)范型的多變量解耦內(nèi)?？刂?即讓多變量內(nèi)模控制器具有V規(guī)范型結(jié)構(gòu),使其同時具有解耦補償器和內(nèi)?？刂破鞯淖饔?推導(dǎo)了控制器的設(shè)計方法,得到了控制器設(shè)計的一般通式；第二種方案是為了解決多變量時滯系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣難以進行因式分解的問題,提出了一種通過求取過程傳遞函數(shù)矩陣的逆

5、和最優(yōu)對角分解矩陣,來實現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)解耦以及控制器響應(yīng)時滯最小的內(nèi)?？刂品椒?。最后,通過仿真和效果對比說明了這兩種方法的有效性。
　　 (4)分析了傳統(tǒng)內(nèi)?？刂品椒ㄔ诜亲院鈱ο笾袘?yīng)用的不足,提出了兩種改進的內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)。第一種方法,是在傳統(tǒng)的內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)中添加了一個比例控制器和一個比例微分控制器,分別用于鎮(zhèn)定不穩(wěn)定對象和控制系統(tǒng)的抗干擾特性及魯棒特性,并采用全極點近似法對被控對象的純滯后項進行近似處理；第二種方法,是為了克服外部干

6、擾的影響,把反饋信號加在控制變量上,即在傳統(tǒng)的一自由度內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上添加了一個擾動估計器用于估計干擾信號,實現(xiàn)了系統(tǒng)跟蹤性能和抗擾性能的解耦控制,并有較好的動態(tài)特性。最后通過仿真實驗結(jié)果證明了這兩種方法的有效性。
　　 (5)針對化工過程中常見的非方系統(tǒng),提出了兩種非方系統(tǒng)的內(nèi)?？刂品椒?。第一種方法,是采用非方有效相對增益法對非方系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析,選出輸入輸出關(guān)聯(lián)性最強的最優(yōu)子系統(tǒng),再對最優(yōu)子系統(tǒng)進行回路分析和配對,根據(jù)

7、分析結(jié)果分別設(shè)計了兩種內(nèi)?？刂破骱鸵粋€強魯棒性分散PID控制器；第二種方法,是針對含有時滯和非最小相位零點的非方耦合系統(tǒng),提出了一種基于奇異值分解的解耦內(nèi)?？刂品椒?該方法通過添加補償項來實現(xiàn)對非方系統(tǒng)的解耦并消除不可實現(xiàn)因素。并根據(jù)奇異值分解法設(shè)計了一種非對角矩陣濾波器,使控制系統(tǒng)具有較好的高維解耦能力和強魯棒性。最后通過仿真結(jié)果證明了這兩種方法的有效性和可行性。
　　 通過對上述各種被控工業(yè)對象的研究,進一步發(fā)揮了內(nèi)?？刂品?/p>