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基于条件技术的静态内模抗饱和控制器的设计与分析

作 者: 郭辉
导 师: 李钟慎
学 校: 华侨大学
专 业: 测试计量技术及仪器
关键词: 静态内模结构 条件技术 抗饱和 稳定性分析
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要


饱和问题广泛地存在于现实控制系统中,对系统性能具有极大的影响,因此对抗饱和问题的研究无论在理论上还是实际应用中都具有重要的意义。内模控制由于能够兼顾系统性能和鲁棒性而被广泛应用于过程控制系统中,实际应用中由于内模控制结构对控制量饱和具有敏感性,常常导致饱和现象的产生。饱和非线性虽然不会改变内模控制系统的稳定性,但会使内模控制系统失去伺服性能。在传统内模控制结构的基础上加以改进便可进行抗饱和设计,改进的内模控制结构为系统抗饱和设计提供了新的途径,但又会因种种缺点限制它们的使用范围。条件技术通过修改控制器输入信号来使控制器状态和被控对象输入重归连续,不但简化了抗饱和控制器的设计步骤,而且具有一定的抗饱和效果,在抗饱和设计中被广泛研究使用,因此能否将条件技术应用于改进的内模结构中设计抗饱和控制器来克服原有改进内模控制结构的缺陷具有研究意义。本文对静态内模抗饱和结构进行了相关介绍,通过仿真分析可知静态内模抗饱和结构作为内模控制结构的一种改进,对于存在饱和执行器的系统具有一定的调节优势,但随着调节器K的增大,系统响应速度会逐渐降低,从而限制了静态内模抗饱和结构的应用。由于静态内模抗饱和结构已确定,可以通过反馈补偿设计抗饱和控制器,削弱饱和执行器对系统的影响。条件技术作为一种常用的反馈抗饱和补偿设计方法具有良好的抗饱和效果,将条件技术、状态观测法等反馈补偿方法应用于含有饱和执行器的PID控制系统中,通过数值仿真验证了条件技术在简化抗饱和结构设计方面的优越性。将条件技术应用于以传递函数表示的抗饱和控制系统及具有模式切换控制系统,通过仿真验证了条件技术不仅能够简化抗饱和控制器的设计而且具有一定的抗饱和效果。采用条件技术设计静态内模抗饱和结构中的抗饱和控制器,给出了控制器的设计方法,通过数值仿真表明,新系统不会因为K值的增大响应速度变差,且具有一定的抗饱和及抗干扰能力,运用Popov稳定性判据处理饱和非线性,通过计算推导判定了新系统的全局渐进稳定性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 课题研究的背景和意义  8-9
  1.2 饱和问题的数学模型  9-12
  1.3 抗饱和问题的发展现状  12-14
  1.4 抗饱和控制系统的设计方法  14-18
    1.4.1 单步法  14
    1.4.2 抗饱和补偿法  14-18
  1.5 本论文的研究内容  18-20
第2章 静态内模抗饱和结构  20-36
  2.1 引言  20
  2.2 内模控制  20-22
  2.3 内模控制系统的建模方法  22-23
    2.3.1 内模控制结构中被控对象的建模  22
    2.3.2 内模控制器的两步法设计  22-23
    2.3.3 滤波器的改进  23
  2.4 内模控制系统中的饱和问题  23-28
  2.5 静态内模抗饱和结构  28-33
  2.6 本章小结  33-36
第3章 采用条件技术设计抗饱和控制器  36-52
  3.1 引言  36
  3.2 抗饱和补偿法在 PID 控制结构中的对比研究  36-42
    3.2.1 状态观测法  36-37
    3.2.2 条件技术  37-39
    3.2.3 增量算法  39
    3.2.4 抗积分饱和算法  39-40
    3.2.5 条件积分法  40
    3.2.6 变结构 PID 控制  40-42
  3.3 条件技术在以多项式表达的抗饱和系统中的应用  42-47
  3.4 条件技术在控制模式切换中的应用  47-51
  3.5 本章小结  51-52
第4章 基于条件技术的静态内模抗饱和控制器的设计  52-64
  4.1 引言  52
  4.2 抗饱和控制器的设计  52-56
  4.3 实例仿真  56-62
  4.4 本章小结  62-64
第5章 抗饱和系统的稳定性分析  64-74
  5.1 引言  64
  5.2 非线性系统吸引域估算方法与性能  64-67
    5.2.1 Lyapunov 稳定性问题  64-65
    5.2.2 Lyapunov 稳定性  65-66
    5.2.3 吸引域估计  66-67
  5.3 饱和环节处理方法  67-70
    5.3.1 凸集  67-68
    5.3.2 扇形区域法  68-70
  5.4 基于条件技术的静态内模抗饱和控制系统的稳定性分析  70-72
  5.5 本章小结  72-74
第6章 总结与展望  74-76
参考文献  76-80
致谢  80-82
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  82

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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