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(guò)程變得越來(lái)越復(fù)雜,常常包含著非自衡對(duì)象,變結(jié)構(gòu)對(duì)象,而過(guò)程對(duì)象中又常常存在不確定性、時(shí)滯性、多變量耦合、輸入輸出受約束等復(fù)雜特征。對(duì)于這些復(fù)雜的被控工業(yè)過(guò)程,采用常規(guī)的內(nèi)模控制方法難以達(dá)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(shì),針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)中的各種特殊被控對(duì)象研究出簡(jiǎn)單、有效、實(shí)用的新型內(nèi)模控制方法己成為當(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(gè)立足點(diǎn),以內(nèi)?？刂茷榛究刂品椒?從內(nèi)模控制

2、結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、內(nèi)模結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與魯棒性分析、濾波器的改進(jìn)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(jìn)措施,主要研究?jī)?nèi)容和已取得的研究成果如下:
　　 (1)闡述了系統(tǒng)辨識(shí)的原理和幾種常見(jiàn)的辨識(shí)方法。重點(diǎn)研究了粒子群算法(PSO)和無(wú)約束多維尋優(yōu)(Powell)算法,通過(guò)分析這兩種算法的優(yōu)缺點(diǎn),提出了一種基于Powell的PSO辨識(shí)算法,通過(guò)對(duì)化工過(guò)程中某對(duì)象模型進(jìn)行辨識(shí),仿真實(shí)驗(yàn)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(chǎng)中常見(jiàn)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(shí)問(wèn)題。
　　 (2)介紹了內(nèi)模控制的結(jié)構(gòu)、原理和設(shè)計(jì)方法等,研究了內(nèi)模控制和經(jīng)典反饋控制的關(guān)系,以及濾波器的設(shè)計(jì)方法。研究了時(shí)滯環(huán)節(jié)的各種近似處理方法,對(duì)一階Taylor近似、一階Pade近似、二階對(duì)稱Pade近似、二階非對(duì)稱Pade近似以及全極點(diǎn)近似法進(jìn)行了比較。基于以上五種近似方法針對(duì)一階時(shí)滯系統(tǒng)和二階時(shí)滯系統(tǒng)設(shè)計(jì)了

4、內(nèi)模控制器,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)模控制方法的多變量時(shí)滯系統(tǒng)的解耦控制問(wèn)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?jī)?nèi)?？刂破骶哂蠽規(guī)范型結(jié)構(gòu),使其同時(shí)具有解耦補(bǔ)償器和內(nèi)模控制器的作用,推導(dǎo)了控制器的設(shè)計(jì)方法,得到了控制器設(shè)計(jì)的一般通式；第二種方案是為了解決多變量時(shí)滯系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣難以進(jìn)行因式分解的問(wèn)題,提出了一種通過(guò)求取過(guò)程傳遞函數(shù)矩陣的逆

5、和最優(yōu)對(duì)角分解矩陣,來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)解耦以及控制器響應(yīng)時(shí)滯最小的內(nèi)?？刂品椒āＷ詈?通過(guò)仿真和效果對(duì)比說(shuō)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?duì)象中應(yīng)用的不足,提出了兩種改進(jìn)的內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)。第一種方法,是在傳統(tǒng)的內(nèi)模控制結(jié)構(gòu)中添加了一個(gè)比例控制器和一個(gè)比例微分控制器,分別用于鎮(zhèn)定不穩(wěn)定對(duì)象和控制系統(tǒng)的抗干擾特性及魯棒特性,并采用全極點(diǎn)近似法對(duì)被控對(duì)象的純滯后項(xiàng)進(jìn)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(hào)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(gè)擾動(dòng)估計(jì)器用于估計(jì)干擾信號(hào),實(shí)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(dòng)態(tài)特性。最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這兩種方法的有效性。
　　 (5)針對(duì)化工過(guò)程中常見(jiàn)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(duì)增益法對(duì)非方系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析,選出輸入輸出關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)的最優(yōu)子系統(tǒng),再對(duì)最優(yōu)子系統(tǒng)進(jìn)行回路分析和配對(duì),根據(jù)

7、分析結(jié)果分別設(shè)計(jì)了兩種內(nèi)?？刂破骱鸵粋€(gè)強(qiáng)魯棒性分散PID控制器；第二種方法,是針對(duì)含有時(shí)滯和非最小相位零點(diǎn)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)模控制方法,該方法通過(guò)添加補(bǔ)償項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)非方系統(tǒng)的解耦并消除不可實(shí)現(xiàn)因素。并根據(jù)奇異值分解法設(shè)計(jì)了一種非對(duì)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(qiáng)魯棒性。最后通過(guò)仿真結(jié)果證明了這兩種方法的有效性和可行性。
　　 通過(guò)對(duì)上述各種被控工業(yè)對(duì)象的研究,進(jìn)一步發(fā)揮了內(nèi)?？刂品?/p>