淬火爐爐溫Backstepping與最優(yōu)控制器設(shè)計及仿真研究.pdf

1、分類號UD‘二密級從開單位代碼IQ〕組淬火爐爐溫BackstePPing與最優(yōu)控制器設(shè)計及仿真研究孫威指導(dǎo)教師王興成職稱教授學(xué)位授予單位大連海事大學(xué)申請學(xué)位級別碩士學(xué)科與專業(yè)控制理論與控制工程論文完成日期2008年5月論文答辯日期2008年7月答辯委員會主席王寶武中文摘要摘要本文研究了基于BackstePping控制算法及最優(yōu)控制算法的大型淬火爐的爐溫控制問題。首先，對淬火爐中金屬鍛件加熱過程的傳熱機理進行了分析，結(jié)合工程實際情況建立了

2、在淬火爐中加熱的金屬工件的一維分布參數(shù)溫度數(shù)學(xué)模型。其次，采用結(jié)構(gòu)變換的方法，并結(jié)合積分BackstePPing設(shè)計思想，以淬火爐的數(shù)學(xué)模型為對象，設(shè)計了一種新型的BackstePping邊界狀態(tài)反饋控制器。這種BackslePPing控制器在求解過程中不需要求解算子Riccati方程，只需要解一個線性幻dn司Gdon型的雙曲線PDE(稱為核函數(shù))。此方法不需要用到高深的數(shù)學(xué)理論，不需要進行大量計算，只需用簡單的方法就可以解出核函數(shù)的解

3、析解更重要的是這種算法對本文中的數(shù)學(xué)模型來說，都可以得到封閉的控制器，得到邊界控制法則增益核函數(shù)的顯示表達式，進而能求出被控系統(tǒng)閉環(huán)狀態(tài)的解析解。采用此種Backstepping邊界狀態(tài)反饋控制器對本文中建立的淬火爐動態(tài)模型進行仿真，從仿真結(jié)果可以看出此種控制器鎮(zhèn)定系統(tǒng)的效果非常好，到達了控制要求。最后，在用上述方法求出的變換核函數(shù)顯式解的基礎(chǔ)上，設(shè)計出一種可逆最優(yōu)控制器。本文中設(shè)計的這種最優(yōu)控制器與最優(yōu)控制通常采用的LQR控制器不同，

4、它避兔了求解算子Riccati方程，只需求解一個線性雙曲線PDE。雖然這種PDE方程在概念上沒有算子形eeati方程應(yīng)用的那么普遍，但是在求解的計算量上卻遠遠小于后者。從實際的應(yīng)用角度看，此控制器不但能夠鎮(zhèn)定系統(tǒng)，而且可以最小化代價函數(shù)。采用這種可逆最優(yōu)控制器對本文中建立的淬火爐數(shù)學(xué)模型進行了仿真研究從結(jié)果上來看，控制器效果理想，既達到了系統(tǒng)鎮(zhèn)定的目的，又最小化了代價函數(shù)。關(guān)鍵詞:淬火爐分布參數(shù)系統(tǒng)BackstePping控制:最優(yōu)控制