輸入時(shí)滯采樣系統(tǒng)的魯棒輸出反饋控制設(shè)計(jì)與批次運(yùn)行優(yōu)化.pdf

1、實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程操作中普遍存在輸入或者輸出時(shí)滯現(xiàn)象，如物料傳送、能量交換、信號(hào)處理等，如果在控制設(shè)計(jì)中不考慮時(shí)滯的影響，閉環(huán)系統(tǒng)的性能將受到嚴(yán)重影響，甚至可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。此外，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行中，常常伴隨著各種各樣的負(fù)載干擾，如何消除或抑制負(fù)載干擾是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。盡管已有很多文獻(xiàn)給出了時(shí)滯系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)方法，尤其是針對(duì)含有狀態(tài)時(shí)滯的系統(tǒng)，但是針對(duì)帶有輸入時(shí)滯和時(shí)變不確定性的系統(tǒng)，仍有很多問(wèn)題有待于

2、解決，如魯棒預(yù)測(cè)反饋控制設(shè)計(jì)，抗擾控制設(shè)計(jì)等。本文針對(duì)具有輸入時(shí)滯的采樣系統(tǒng)，研究?jī)H基于輸出測(cè)量的魯棒控制設(shè)計(jì)方法。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)包括:
　　提出了一個(gè)基于狀態(tài)觀測(cè)器的抗擾控制設(shè)計(jì)方法。首先通過(guò)構(gòu)建一個(gè)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(extended state observer,縮寫(xiě)ESO)來(lái)同時(shí)估計(jì)系統(tǒng)的狀態(tài)和負(fù)載干擾，然后根據(jù)估計(jì)出的系統(tǒng)狀態(tài)和負(fù)載干擾設(shè)計(jì)一個(gè)基于濾波狀態(tài)預(yù)測(cè)器的復(fù)合控制器來(lái)克服輸入時(shí)滯和負(fù)載干擾的不利影響，從而改善系

3、統(tǒng)的抗擾性能。對(duì)于形如正弦信號(hào)類(lèi)型的時(shí)變性負(fù)載干擾，定量地分析了基于ESO的兩種抗擾控制設(shè)計(jì)方法（即狀態(tài)預(yù)測(cè)反饋和基于干擾補(bǔ)償?shù)念A(yù)測(cè)反饋控制）的系統(tǒng)輸出誤差界。
　　針對(duì)一類(lèi)具有輸入時(shí)滯和時(shí)變不確定性的采樣系統(tǒng)，提出了一個(gè)新穎的預(yù)測(cè)器設(shè)計(jì)方法，稱(chēng)之為基于觀測(cè)器的狀態(tài)和擾動(dòng)預(yù)測(cè)器(state and disturbance observer-predictor，縮寫(xiě)SDOP)，來(lái)同時(shí)預(yù)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)和負(fù)載干擾。對(duì)于大時(shí)滯系統(tǒng)，進(jìn)一步將S

4、DOP擴(kuò)展為序列SDOP(sequential SDOPs，縮寫(xiě)SSDOPs)，令SSDOPs中的每一個(gè)順序預(yù)測(cè)器只預(yù)測(cè)一個(gè)規(guī)定步長(zhǎng)的系統(tǒng)狀態(tài)和負(fù)載干擾，從而能有效地克服大時(shí)滯的不利影響?；赟DOP(或者SSDOPs)，設(shè)計(jì)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，能顯著提高系統(tǒng)抗擾性能，并且分析了閉環(huán)系統(tǒng)保證魯棒穩(wěn)定性的充分條件。
　　提出了一個(gè)基于無(wú)時(shí)滯輸出預(yù)測(cè)的魯棒抗擾控制方法。采用濾波Smith預(yù)測(cè)器與ESO相結(jié)合來(lái)估計(jì)無(wú)時(shí)滯的系統(tǒng)狀態(tài)和負(fù)載干

5、擾，通過(guò)指定期望的ESO特征根和閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)，提出了一個(gè)設(shè)計(jì)ESO和控制器的方法，從而可以求解出ESO增益向量和預(yù)測(cè)控制器的解析形式。將所提出的方法應(yīng)用到一個(gè)4升反應(yīng)釜的溫度控制系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出的方法的有效性和優(yōu)點(diǎn)。
　　針對(duì)帶有輸入時(shí)滯和時(shí)變不確定性的批次生產(chǎn)系統(tǒng)，提出了一個(gè)基于二維(two-dimension，縮寫(xiě)2D)系統(tǒng)描述的魯棒輸出反饋迭代學(xué)習(xí)控制(iterative learning control，縮寫(xiě)IL