基于广义简单解耦的多变量系统自抗扰分散控制

摘要

热工过程中往往存在多变量强耦合对象。变量之间的交互作用强弱是衡量系统控制难度的一个指标。对于强耦合系统，解耦控制是比较明智的选择。常用的解耦方法或解耦器元素复杂或广义对象复杂难控制，且一旦解耦方法确定，解耦器和广义对象就唯一地确定了。广义简单解耦是考虑解耦器复杂性和广义对象复杂度后的折中。该方法可以通过选择不同的解耦器结构，获得容易控制的广义对象。作为一种传统的解耦方法，广义简单解耦依赖对象数学模型。实际工程中，很难获得热工过程的精确模型。因此，广义简单解耦虽然理论上可以达到完全解耦，而实际上却无法实现，这必然给多变量系统控制带来挑战。
　　自抗扰控制器作为一种不依赖精确数学模型、具有强的适应性和抗扰能力的控制策略，适合用于解决解耦控制面临的问题。通过线性扩张状态观测器，可以将回路间耦合、模型不确定性、扰动等当作总的扰动进行估计并通过控制规律补偿。本文基于此思想，提出基于广义简单解耦的自抗扰分散控制。首先根据被控对象的模型设计广义简单解耦器，再对经解耦后的广义对象对角元素设计分散自抗扰控制器，利用自抗扰控制器估计和补偿解耦的不完全、未建模动态、内外扰等未知动态，从而解决多变量系统强耦合、参数摄动、不确定性对控制设计带来的问题。
　　首先，针对典型强耦合、大时滞热工过程——循环流化床锅炉燃烧系统进行仿真。将所提方案与SD+PI控制、基于等效传递函数的自抗扰控制方案进行了对比，从跟踪和抗扰两个角度验证了本文方案的有效性。
　　其次，针对燃料电池燃料处理系统采用增益调度控制时控制器较多问题，对其三个工况点（带不同程度耦合）进行仿真。提出了采用三解耦器三控制器控制三个对象和采用一解耦器一解耦器控制三个对象两种方案，验证了本文方案好的控制、鲁棒性能，为燃料电池燃料处理系统的控制提供了新思路。
　　最后，对典型试验装置——四容水箱（有耦合）的控制进行讨论。分别在参数摄动和阀门摄动两种情况下，采用本文方案进行仿真验证，获得了好的控制、抗扰和鲁棒性能，验证了本文方案的可行性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 文献综述

1．2．1 多变量系统控制现状

1．2．2 多变量系统解耦方法研究

1．2．3 自抗扰控制现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 基于简单解耦的多变量系统自抗扰控制设计

2．1 引言

2．2 问题描述

2．3 简单解耦(SD)

2．3．1 定义

2．3．2 广义简单解耦的实现

2．3．3 解耦器的近似

2．3．4 选取解耦器结构

2．4 线性自抗扰控制器

2．4．1 扩张状态观测器(ESO)

2．4．2 线性状态反馈律

2．4．3 控制器整定

2．4．4 多变量ADRO系统闭环传递函数

2．5 基于广义简单解耦的多变量系统自抗扰控制设计

2．6 仿真研究

2．6．1 双入双出

2．6．2 三入三出

2．7 总结

第三章 SD+ADRC在循环流化床中的应用

3．1 引言

3．2 循环流化床

3．2．1 循环流化床模型

3．2．2 模型分析

3．3 ADRC控制方案设计

3．4 仿真分析

3．5 总结

第四章 燃料电池燃料处理系统

4．1 简介

4．2 燃料处理系统

4．3 控制方案

4．4 仿真分析

4．5 总结

第五章 四容水箱

5．1 引言

5．2 四容水箱简介

5．2．1 数学模型

5．2．2 模型分析和解耦

5．3 四容水箱的自抗扰控制

5．3．1 跟踪性能

5．3．2 抗扰性能

5．3．3 性能鲁棒性

5．3．4 阀门参数摄动

5．4 总结

第六章 结论与展望

6．1 研究总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文