网络环境下基于频域的分数阶系统辨识与控制研究

摘要

系统模型的精确与否和控制器的好坏对系统的稳定和控制性能有着重要的影响。传统的整数阶建模方法以及PID整定方法因其局限性，对复杂系统无法精确描述并进行有效控制。分数阶的系统辨识以及控制器设计方法以其系统建模精度高和控制效果好逐渐成为研究的热点。
　　本文首先研究分析了基于网络环境下分数阶系统建模以及分数阶PID控制器的设计方法，对分数阶微积分进行了分析，指出了x基于时域方法的分数阶系统分析的复杂性和局限性。采用基于频域的分数阶系统分析方法，对分数阶系统进行建模和控制。本文的主要工作包括：
　　在分数阶系统辨识方面，使用基于频域的辨识算法对系统进行辨识。针对含延时的分数阶系统传递函数模型，对阶次扫描法进行改进，得到阶次延时扫描算法。然后对系统频域响应数据进行分析，得到分数阶系统精确的模型。对于多入多出系统，在有效辨识其系统阶次和延时的基础上，辨识出其状态空间方程系统矩阵A，控制矩阵B以及输出矩阵C。
　　本文分析了分数阶PID控制器的特性以及优点，采用了基于频域的分数阶系统分数阶PID控制器设计方法。对于复杂系统，加入了两个可调参数参数λ、μ，系统可以获得良好的控制效果。特别的对于带延时的分数阶系统进行了研究，得出了含延时的分数阶系统的分数阶PID控制器参数整定算法。
　　最后，本文对基于matlab/simulink的truetime工具箱进行了介绍，建立了网络环境下的分数阶系统模型。对于网络环境下的系统延时进行了延时和掉包分析，得出了网络延时和数据掉包率对系统的影响。