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基于自抗扰算法的液位控制系统

作　者: 郑伟建
导　师: 夏扬
学　校: 扬州大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 自抗扰控制器 Matlab仿真 液位控制 Eclipse
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


自20世纪30年代以来,自动化技术获得了惊人的成就,已在工业和国民经济各行各业起着关键的作用。自动化技术已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志,过程控制是自动化技术的重要组成部分。在现代化工业生产过程中,过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用。本文以水箱液位控制系统为研究对象,运用自抗扰控制算法,先在Matlab平台做仿真;在仿真取得比较理想结果的前提下,基于java Eclipse平台进行实际水箱液位控制。实际控制效果证明自抗扰控制器具有更好的抗干扰性及更广的适用范围。本文先研究了自抗扰控制器的理论基础,以这些理论来说明自抗扰控制器利用非线性因素来克服线性控制的不足,又给出非线性校正和扩张状态观测器的功能描述及参数的特点。文章在建立自抗扰控制系统数学模型的基础上,进行水箱液位的Matlab仿真,将自抗扰算法与PID控制效果进行比较,并总结出自抗扰算法参数的整定规律。下一步要做的就是进行实际控制系统平台的测试,并将采样结果转化为实时曲线,分析自抗扰控制器在实际系统控制效果。测试系统硬件平台为PCT-II过控实验装置及计算机,软件平台是在java环境下的Eclipse平台。实验证明,在单容液位和双容液位控制系统中,自抗扰控制器具有更好的鲁棒性及对对象模型具有更好的适应性。本文通过对自抗扰控制器理论及应用的研究,充分说明了自抗扰控制器设计的创新性与应用的可行性。因此,无论在工程上还是理论上,自抗扰控制器都值得我们做进一步的研究。

全文目录


中文摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章 自抗扰控制器的发展及现状  10-15
  1.1 自抗扰控制器的发展  11-12
  1.2 自抗扰控制器的现状与需解决的问题  12-13
  1.3 本文主要研究内容  13-15
第二章 自抗扰控制器原理  15-25
  2.1 二阶跟踪微分器(TD)的理论  15-19
    2.1.1 经典微分器的形式  15-16
    2.1.2 跟踪-微分器的一般理论  16-17
    2.1.3 “快速跟踪微分器”的离散形式  17-18
    2.1.4 安排过渡过程  18-19
  2.2 三阶扩展状态观测器（ESO）  19-21
  2.3 非线性反馈(NLSEF)  21-23
  2.4 本章小节  23-25
第三章 水箱液位控制系统结构  25-42
  3.1 控制系统硬件部分  25-31
  3.2 控制系统软件部分  31-40
    3.2.1 Java 及开发工具Eclipse 的介绍  32-33
    3.2.2 自抗扰算法编程（ADRC.java）  33-34
    3.2.3 初始化串口及界面设计(TimeSerial.java)  34-36
    3.2.4 串口通信的设计(Communication.java)  36-38
    3.2.5 实时显示曲线的设计(TimeThread.java)  38-39
    3.2.6 软件流程图  39-40
  3.3 本章小结  40-42
第四章 MATLAB 仿真与ADRC 参数整定  42-63
  4.1 过程控制系统的数学建模  42-46
    4.1.1 一阶对象传递函数  42-44
    4.1.2 二阶对象传递函数  44-46
  4.2 自抗扰控制器与PID 控制器的MATLAB 仿真比较  46-51
    4.2.1 自抗扰控制器的仿真算法编程  47-49
    4.2.2 PID 控制器的仿真算法编程  49-51
  4.3 一阶对象MATLAB 仿真比较  51-57
    4.3.1 无扰动情况下自抗扰控制和PID 控制的仿真比较  52
    4.3.2 小扰动情况下自抗扰控制和PID 控制的仿真比较  52-53
    4.3.3 时间滞后系数变化情况下自抗扰控制和PID 控制的仿真比较  53-55
    4.3.4 水箱对象模型的自抗扰控制和PID 控制的仿真比较  55-57
  4.4 自抗扰控制器参数整定规律  57-62
    4.4.1 主调参数的整定原则  58-61
    4.4.2 其余参数的整定原则  61-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章 单容、双容液位实际控制系统  63-73
  5.1 单容液位控制系统  64-68
  5.2 双容液位控制系统  68-72
  5.3 本章小结  72-73
第六章 总结与展望  73-75
  6.1 研究工作总结  73-74
  6.2 后续工作  74-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
作者攻读硕士期间发表的文章  79

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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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