干扰环境下固定结构控制器参数区域搜索方法研究

摘要

在化工工业的实际现场生产当中，系统不可避免会受到各种来自外界和内部的干扰。在这种扰动环境下，人们期望过程系统在保证稳定的前提下，能够满足一定的工艺要求。本文重点研究了在干扰环境下仍能够满足多目标约束的控制器设计问题，其具体内容如下:
　　1、针对干扰环境的问题下，本文提出利用一种信号扰动比的指标，直接对控制器参数的约束来得到具有一定抗扰动性能的控制器。该方法不需要得知扰动的形式，因此对于未知干扰具有良好的抑制作用。
　　2、基于D-decomposition方法，本文提出干扰环境下满足多目标约束的控制器参数整定方法——控制器参数区域搜索方法。本方法解决了不同域下的指标难以共同讨论的问题，并利用图解法的简单直观的特点，直接得到全部满足工艺要求的控制器参数。比起解析法直接对性能指标构建的目标函数进行优化，该方法计算量大幅减小，解决了解析法可能无法得到解析解的难题，因此更容易应用于工业现场实际生产中。
　　3、由于多变量系统中时滞、耦合的存在，多变量系统在分析其稳定性能及控制性能方面都较单变量系统更加复杂，常常难以达到工艺性能要求。针对以上问题，本文采取了基于等价传递函数的方法来对多变量系统进行解耦器的设计。接着本文着重研究了系统内部扰动对控制性能带来的影响，利用上述提出的控制器参数整定方法，对带有解耦器的广义对象来对配对回路分别进行控制器参数区域搜索，找到满足工艺要求的控制器参数。仿真结果表明，该方法得到的控制器参数不仅能使系统满足期望的性能，还能从一定程度上包容多变量耦合带来的扰动。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文选题目的和意义

1．2 控制理论领域国内外研究现状

1．2．1 稳定性分析方法发展状况

1．2．2 工业PID控制器研究现状

1．2．3 针对扰动环境控制研究进展

1．3 本文主要工作

2．1 引言

2．2 经典控制结构及稳定性条件

2．3 几种典型的系统稳定性分析方法

2．3．1 时域中的劳斯稳定判据

2．3．2 频域下的奈奎斯特稳定判据

2．4 基于参数空间的D-decomposition方法

2．5 仿真

2．6 小结

第三章 满足多目标约束的系统控制器参数区域搜索

3．1 引言

3．2 基于鲁棒稳定裕度指标的稳定性分析

3．3 针对扰动环境的控制器参数区域搜索设计

3．3．1 基于频域的抗扰动指标

3．3．2 系统稳定下的扰动约束

3．4 基于极点配置的跟踪性能设计

3．5 控制器参数区域搜索设计方法

3．6 仿真分析

3．7 小结

第四章 多目标约束下的多变量系统控制器参数稳定区域搜索

4．1 引言

4．2 多变量系统的基本原理

4．3 多变量系统的耦合控制研究

4．3．1 关联系统问题描述

4．3．2 几种经典的回路配对方法

4．3．3 ETF等价传递函数方法

4．4 多目标约束下的多变量控制器参数区域搜索

4．4．1 基于ETF的多变量解耦器设计

4．4．2 多变量时滞系统的控制器参数区域搜索设计

4．5 仿真

4．6 小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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