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

1、近年來(lái)，隨著擾動(dòng)概念的拓展，研究者越發(fā)重視對(duì)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(dòng)抑制性能尤為重要。因此，研究抗擾控制是當(dāng)前熱點(diǎn)，也具有實(shí)際意義。本論文結(jié)合化工對(duì)象的特點(diǎn)，以抗擾為核心，針對(duì)單變量和多變量時(shí)滯系統(tǒng)，在存在定值擾動(dòng)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(jì)，提出了滿(mǎn)足抗擾需求的模型綜合設(shè)計(jì)方法和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的性能優(yōu)化方法。
　　1.基于模型綜合的PID和帶擾動(dòng)觀測(cè)器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。內(nèi)?？?/p>

2、制是模型綜合設(shè)計(jì)思想的典型代表（其它模型綜合方法可以轉(zhuǎn)化或者等價(jià)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(duì)象下滿(mǎn)足擾動(dòng)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(lèi)似地，論文還設(shè)計(jì)了帶擾動(dòng)觀測(cè)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(jì)方法將PID的整定轉(zhuǎn)化成一個(gè)約束優(yōu)化問(wèn)題。一般地，將控制系統(tǒng)的輸出性能指標(biāo)（在時(shí)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(lèi)約束優(yōu)化問(wèn)題是一個(gè)非凸優(yōu)化問(wèn)題，是一類(lèi)特殊的優(yōu)化問(wèn)題。為解此特殊的優(yōu)化問(wèn)題，本論文首先研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性，求出滿(mǎn)足系統(tǒng)穩(wěn)定性的參數(shù)空間，然后求出滿(mǎn)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(shí)提出的方法只需要對(duì)象的頻率響應(yīng)，不需要低階近似模型，從而可用于高階對(duì)象。論文將相關(guān)結(jié)果用到了不確定時(shí)滯對(duì)象的抗擾設(shè)計(jì)上。
　　3.基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶擾動(dòng)觀測(cè)器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

4、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)可以看成是直接基于性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)方法，此類(lèi)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(guò)改變?cè)O(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(dòng)抑制為目標(biāo)的性能指標(biāo)，則需要引入一個(gè)足夠明顯的擾動(dòng)信號(hào)，這對(duì)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(dòng)控制方法。具體而言，通過(guò)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(dòng)抑制性能提出，從而達(dá)到設(shè)計(jì)具有良好擾動(dòng)抑制的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)的目的。
　　4.多變量時(shí)滯對(duì)象的抗擾設(shè)計(jì)。最常見(jiàn)的多變量控制方案是分散控制，本論文首先考慮了在此類(lèi)控制結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制問(wèn)題。在分析外部擾動(dòng)對(duì)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(jià)模型的分散控制器抗擾設(shè)計(jì)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