分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)的先進(jìn)控制策略研究及其應(yīng)用.pdf

1、隨著工程領(lǐng)域?qū)刂瀑|(zhì)量的要求越來越嚴(yán)格,為了獲得更準(zhǔn)確的控制效果,要求描述工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型更加精確。目前,工業(yè)系統(tǒng)多采用整數(shù)階模型進(jìn)行描述,但這僅能體現(xiàn)出系統(tǒng)的部分特性,不能達(dá)到期望的精度。而對于采用分?jǐn)?shù)階描述的系統(tǒng),分?jǐn)?shù)階微積分的階次通過加權(quán)的方式包含了函數(shù)的整體特性,有效地提高了人們描述系統(tǒng)特性精確性。近年來,分?jǐn)?shù)階理論得到了越來越多的關(guān)注,并有效地應(yīng)用到工業(yè)控制系統(tǒng)、物理系統(tǒng)、生物工程等領(lǐng)域中。分?jǐn)?shù)階微積分具備以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1

2、)分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)具備全局相關(guān)性,能夠描述出系統(tǒng)函數(shù)在整個(gè)時(shí)間過程中的變化,但整數(shù)階導(dǎo)數(shù)僅能反映出系統(tǒng)局部的特性;(2)分?jǐn)?shù)階描述的系統(tǒng)有效避免了整數(shù)階理論模型與系統(tǒng)吻合不精確的問題;(3)相比于非線性系統(tǒng)模型,分?jǐn)?shù)階微積分在描述復(fù)雜的工程等問題時(shí)其表述更簡明、物理意義更明確。
　　針對分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)的控制問題,研究表明相比于整數(shù)階控制器,分?jǐn)?shù)階控制器控制的分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)能獲得更令人滿意的控制精度,但分?jǐn)?shù)階控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制器參數(shù)多,參數(shù)整定

3、變的愈加困難,目前僅處在研究階段,沒有統(tǒng)一的方法。針對這一問題,本文在詳細(xì)研究分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)上提出了分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)的先進(jìn)控制方法,本文具體所做的主要工作包括:
　　(1)詳細(xì)地介紹了分?jǐn)?shù)階理論的發(fā)展,基本內(nèi)容及其特性。并結(jié)合實(shí)際闡述了力學(xué)與工程實(shí)際系統(tǒng)中所表現(xiàn)出的分?jǐn)?shù)階特性。
　　(2)動(dòng)態(tài)矩陣控制算法是依據(jù)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)的一種預(yù)測控制方法,對系統(tǒng)的具體數(shù)學(xué)模型的形式無固定要求,只需獲得系統(tǒng)的階躍響應(yīng)即可。本文將動(dòng)態(tài)矩陣控

4、制算法應(yīng)用到分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)的控制上,一方面可以簡化控制器 PIλDμ的參數(shù)整定,另一方面,可以采用像獲得整數(shù)階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)一樣的方法獲得分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)系數(shù)。最后通過仿真驗(yàn)證該動(dòng)態(tài)矩陣算法在分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)中的性能。
　　(3)內(nèi)?？刂扑惴ㄊ且韵到y(tǒng)模型為基礎(chǔ)進(jìn)而設(shè)計(jì)控制器的方法。本文在詳細(xì)理解內(nèi)?？刂圃淼幕A(chǔ)上,針對幾種典型的分?jǐn)?shù)階熱力過程,研究基于內(nèi)模原理的PIλDμ控制器設(shè)計(jì)及參數(shù)整定方法。該方法能簡便的得出控制器PIλDμ的參

5、數(shù),很好的解決了PIλDμ控制參數(shù)整定困難這一問題。仿真結(jié)果表明,這一方法設(shè)計(jì)的PIλDμ控制器能有效的對分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)進(jìn)行控制。
　　(4)為了解決分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)在設(shè)定值跟蹤和擾動(dòng)抑制兩個(gè)方面同時(shí)兼顧的問題,本文給出了適用于分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)的二自由度分?jǐn)?shù)階內(nèi)?？刂频脑O(shè)計(jì)方法。該方法設(shè)計(jì)的控制器只有兩個(gè)可調(diào)參數(shù)。通過調(diào)節(jié)其控制參數(shù)的值,能夠保證系統(tǒng)獲得理想的定值跟蹤特性、魯棒性及抗干擾特性,彌補(bǔ)了分?jǐn)?shù)階內(nèi)?？刂破髟O(shè)計(jì)中的缺陷。
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