学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

液位控制系统分数阶PI~λ控制器设计及实验

作　者: 蔡国娟
导　师: 王德进
学　校: 天津科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 分数阶微积分 分数阶PI~λ控制器 图解稳定性准则 稳定域 相角裕度 液位控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 2次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


分数阶微积分是一个古老而又现代的课题。分数阶微积分理论在信息学科中的应用则是近些年来刚刚兴起的研究方向,尤其是在系统控制领域,分数阶微积分显然是一个既熟悉又陌生的数学工具。在控制科学方面,分数阶微积分方程可以用来很好地对分数阶控制系统进行数学描述,并在此基础上进行系统的动态和稳态性能分析。本文以THJS-1型三容水箱实验平台为工程背景,介绍了分数阶微积分的理论基础、分数阶控制系统的结构、时滞系统的特点,并在此基础之上,利用一个可应用于分数阶系统的图解稳定性准则,研究了一阶、二阶时滞系统的PIλ控制器的参数稳定域和参数整定,给出了满足要求的控制器参数的完整区域,并与整数阶PI控制器的控制效果做比较,验证了分数阶控制器的优越性。本文做了以下工作：(1)根据三容水箱实验设备及工作原理,建立了单容、双容水箱的近似整数阶数学模型,并验证了模型的正确性与有效性。(2)针对建立的一阶和二阶时滞系统,应用图解稳定准则,研究其分数阶PIγ控制器和整数阶PI控制器的参数稳定域。在得出系统的稳定域之后,在稳定域内进行了稳定裕度设计。在稳定裕度内选择参数,并和传统的PI控制器参数下的控制效果比较,通过仿真表明,分数阶控制器能够获得更好的动态性能。(3)将选定的控制器参数输入到实验设备中进行液位闭环控制实验,通过实验验证了分数阶控制器的控制性能优于整数阶控制器的控制性能。本文的主要创新点是将一个图解稳定性准则应用于实际的一阶和二阶时滞被控系统,研究了分数阶PI控制器的参数稳定域的确定和系统性能设计问题,为分数阶时滞系统的分析与设计提供了一个简单而实用的方法。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 引言  8
  1.2 研究背景  8-9
  1.3 研究现状  9-10
  1.4 本文的研究内容和章节安排  10-12
2 THJS-1型三容水箱的系统组成及单双容水箱数学建模  12-30
  2.1 THJS-1型实验系统组成  12-16
  2.2 MCGS简介  16-19
    2.2.1 MCGS的主要特点和基本功能  16-17
    2.2.2 MCGS的构成  17-19
  2.3 三容水箱工作原理  19-20
  2.4 实验装置特点  20-21
  2.5 水箱数学模型的建立  21-30
    2.5.1 被控过程的数学模型及其作用  21-22
    2.5.2 被控过程建模方法  22
    2.5.3 单容水箱数学建模  22-26
    2.5.4 双容水箱数学建模  26-30
3 分数阶PI~λ控制器设计与仿真  30-51
  3.1 数学基础  30-35
    3.1.1 特殊函数  30-32
    3.1.2 分数阶微积分的定义  32-34
    3.1.3 分数阶微积分的性质  34-35
  3.2 分数阶控制系统概述  35-40
    3.2.1 分数阶控制器  36-38
    3.2.2 分数阶系统的稳定性  38-40
    3.2.3 分数阶微分的滤波器近似  40
  3.3 分数阶时滞系统  40-44
    3.3.1 时滞系统简介  40-41
    3.3.2 时滞的产生  41
    3.3.3 时滞对系统的影响  41-43
    3.3.4 时滞系统控制方法的研究现状  43-44
  3.4 图解稳定准则  44-45
  3.5 时滞系统PI~λ控制器的参数整定  45-51
    3.5.1 PI~λ控制器的参数稳定域  45-49
    3.5.2 PI~λ控制器的稳定裕度设计  49-51
4 基于分数阶PI~λ控制器的单容和双容水箱液位控制  51-67
  4.1 计算机控制系统  51-52
  4.2 数字控制器设计  52-62
    4.2.1 采样周期的选取  52-53
    4.2.2 控制器模拟化设计步骤  53-56
    4.2.3 分数阶算子的离散化  56-61
    4.2.4 基本数字PID控制算法  61-62
  4.3 仿真与实验  62-67
5 结论  67-68
6 展望  68-69
7 参考文献  69-74
8 论文发表情况  74-75
9 致谢  75

相似论文

  1. 基于参数空间的线性时滞系统PID控制器设计方法研究和GUI仿真实现,TP273
  2. 本钢薄板坯连铸结晶器液位控制方法研究,TF341.6
  3. 最优分数阶PID控制器的设计与研究,TP13
  4. 连铸机结晶器液位控制系统的研究及应用,TF341.6
  5. 几类混沌系统的同步控制,O415.5
  6. 一种基于模糊PID控制的结晶器液位控制方法的研究,TF341.6
  7. 微型燃气轮机分数阶PI~λD~μ励磁控制器研究,TM921.5
  8. 连铸机结晶器液位控制系统的设计与应用研究,TP273
  9. 球坐标系下时间分数阶热传导问题,O551.3
  10. 分数阶反应扩散方程解的定性研究,O241.7
  11. 柱坐标系下时间分数阶波扩散方程及分析,O241.82
  12. 分数阶Cable方程的高精度数值解法,O241.82
  13. 缓冲罐液面平衡工作控制器设计,TE938
  14. 基于分数阶微积分的图像特征匹配的方法研究,TP391.41
  15. 秩一混沌系统及其同步化研究,O415.5
  16. 时滞系统的分数阶控制与观测器设计研究,O172
  17. 分数阶变分问题研究,O172
  18. 分数阶非线性系统的混沌特性分析与同步控制算法研究,O415.5
  19. 基于组态王的双容水箱模糊控制,TP273.4
  20. 分数阶系统辨识与控制研究,TP13
  21. 多功能测控系统的研究,TP273

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
© 2012 www.xueweilunwen.com