一类不稳定时滞系统的二次优化控制及结构整形

摘要

复杂的化工生产过程中不稳定时滞对象是普遍存在的，其被控对象的数学模型可以等效或简化为一阶和者二阶不稳定时滞系统。它的优化控制问题一直是工程实践的难点。由于没有平衡态，对负载扰动比较敏感，容易引起输出发生变化，系统很难重新维持到新的稳态过程;存在于控制回路或者反馈回路中的时滞环节，测量信号需延迟一段时间才传给控制器，导致系统超调量增大，调节时间加长，闭环控制稳定性降低。另外实际的生产过程大多是复杂的动态过程，模型偏差也会对控制器的设计产生较大的影响。
　　本文针对工业生产过程中典型的一类二阶不稳定时滞系统，运用二次优化控制原理:第一次优化建立有穷维空间被控对象的分时模型，运用线性ITAE最优准则实现系统的第一次优化控制，然后返回到无穷维空间，设计无穷维观察器和控制器完成笫二次优化，并给出控制器参数通式。系统表现出快速平稳、抗参数扰动和负载扰动鲁棒性强的特点。
　　针对不精确的数学模型下，被控对象的中各环节与时滞因子之间的状态的不可观测性，通过增加一个预估模型的方法来处理，使得二次优化控制结构设计中可以对各环节之间变量的直接提取，有效地简化设计过程。
　　针对二次优化方法中，随着系统分时模型的阶数升高而在系统过渡过程中出现的微振现象，提出对二次优化控制结构进行整形:通过增加局部反馈Kf的值来增大系统中频段的阻尼，但这必然导致减速，为此相应地，还需要增加开环放大系数Kc1，以保证系统的响应过程更平滑快速。
　　最后通过实例仿真，在负载扰动和参数扰动的情况下，通过和整形前的二次优化控制方法，以及其它最新控制方案进行比较，证明本文方法的优越性:二次优化控制方法基本上消除了被控对象螺旋形的幅相特性，系统跟踪响应快速平稳、鲁棒性强;在此基础上，经过结构整形后，系统跟踪响应的快速性、平稳性和抗扰动鲁棒性，又得到大幅度的提高，具有很好的工程实用价值。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 不稳定时滞系统控制的国内外研究现状

1．3 本文研究的主要内容及章节安排

第二章 时滞系统的二次优化控制理论

2．1 引言

2．2 滞后环节的影响及处理方法

2．2．1 全通Pade近似法

2．3 Taylor级数展开近似法

2．3．1 全极点近似法

2．4 积分型优化控制性能指标比较

2．5 G-L型ITAE最优控制率

2．6 X-Y型ITAE最优控制律

2．7 二次优化控制基本原理

2．8 本章小结

第三章 一类不稳定时滞系统的二次优化控制器设计

3．1 引言

3．2 数学模型描述

3．3 二次优化控制器设计

3．3．1 第一次优化—构造有限维状态观测器

3．3．2 第一次优化—求取有限维控制器参数

3．3．3 第二次优化—确定最优时间比例尺

3．4 带预估模型的二次优化控制器设计

3．5 USOPTD实例仿真及分析

3．5．1 负载扰动下仿真及分析

3．5．2 参数扰动下仿真及分析

3．6 本章小结

第四章 二次优化控制结构整形

4．1 引言

4．2 结构整形控制器设计

4．3 参数扰动鲁棒性分析

4．4 二次优化控制系统的背驰定律

4．5 结构整形仿真实例及分析

4．5．1 结构整形前后仿真实例对比及分析

4．5．2 负载扰动下与其他方案对比仿真及分析

4．5．3 参数扰动下与其他方案对比仿真及分析

4．6 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢

附录