發(fā)布時間：2017-10-31 09:13

  本文關鍵詞：分數(shù)階PI~λD~μ控制器設計與應用研究

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【摘要】：分數(shù)階微積分理論是任意階積分和微分的理論。隨著分數(shù)階微積分理論研究的不斷發(fā)展,分數(shù)階微積分理論在控制領域的應用也逐漸成為研究熱點,其中,分數(shù)階PIλDμ控制器的提出是分數(shù)階微積分理論在控制領域應用的一個里程碑。將分數(shù)階微積分引入到傳統(tǒng)PID控制器就得到了分數(shù)階PIλDμ控制器,即將傳統(tǒng)PID控制器的整數(shù)階微積分環(huán)節(jié)變?yōu)榉謹?shù)階微積分,分數(shù)階次的引入使控制器結(jié)構(gòu)更加靈活,然而,分數(shù)階微積分的引入使得分數(shù)階PIλDμ控制器的數(shù)字實現(xiàn)更加復雜,控制參數(shù)的增多也使得控制器的參數(shù)整定變得更加困難,同時,分數(shù)階PIλDμ控制器在實際應用中的性能也有待進一步驗證。針對以上問題,本文主要做了以下研究工作。首先,介紹了分數(shù)階微積分的基本概念和分數(shù)階PIλDμ控制器的形式,并深入研究了分數(shù)階微積分的多種近似方法以及分數(shù)階PIλDμ控制器的數(shù)字實現(xiàn)方法,包括時域近似法和Z域近似法；然后,研究了目前已有的分數(shù)階PIλDμ控制器參數(shù)整定方法,包括極點階數(shù)搜索法、幅值與相位裕量法和優(yōu)化方法,并實現(xiàn)了遺傳算法、粒子群算法和量子粒子群算法三種優(yōu)化方法,首次將量子粒子群優(yōu)化算法用于分數(shù)階PIλDμ空制器的參數(shù)整定,比較了幾種優(yōu)化算法在分數(shù)階PIλDμ控制器參數(shù)整定中的效果,結(jié)果表明,量子粒子群算法在分數(shù)階PIλDμ控制器的參數(shù)整定中取得了更好的整定結(jié)果；同時,論文中針對不同類型被控系統(tǒng)分別設計整數(shù)階PID控制器和分數(shù)階PIλDμ控制器,比較了兩種控制器的控制性能,結(jié)果表明,針對不同類型被控系統(tǒng)分數(shù)階PIλDμ控制器都具備比整數(shù)階PID控制器更好的控制性能,在小范圍內(nèi)分別改變控制器參數(shù)和被控系統(tǒng)參數(shù)比較階躍響應曲線,驗證了分數(shù)階PIλDμ控制器具有較強的魯棒性,同時分別改變分數(shù)階PIλDμ控制器五個控制參數(shù)的值,研究各參數(shù)變化對控制器控制性能的影響；最后,在理論研究的基礎上,本文以高低溫試驗箱為被控對象進行了實驗驗證,用時域近似法數(shù)字實現(xiàn)了分數(shù)階PIλDμ控制器,在相同的溫度設置和實驗條件下,分別實現(xiàn)了用整數(shù)階PID控制器和分數(shù)階PIλDμ控制器控制高低溫試驗箱,通過實驗比較了整數(shù)階PID控制器和分數(shù)階PIλDμ控制器在實際應用中的控制效果,驗證了分數(shù)階PIλDμ控制器的可用性和優(yōu)越性,對普及分數(shù)階PIλDμ控制器的實際應用具有較好的現(xiàn)實意義。
【關鍵詞】：分數(shù)階PI~λD~μ控制器 數(shù)字實現(xiàn) 參數(shù)整定 量子粒子群算法 高低溫試驗箱
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 選題背景9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 數(shù)字實現(xiàn)10
• 1.2.2 參數(shù)整定10-11
• 1.2.3 應用研究11
• 1.3 本文的研究目的和主要工作11-13
• 2 分數(shù)階微積分及分數(shù)階PI~λD~μ制器13-25
• 2.1 分數(shù)階微積分的基本概念13-17
• 2.1.1 分數(shù)階微積分定義13-15
• 2.1.2 分數(shù)階微積分的性質(zhì)15-16
• 2.1.3 分數(shù)階微積分的Laplace變換16-17
• 2.2 分數(shù)階PI~λD~μ控制器概述17-20
• 2.2.1 整數(shù)階PID控制器17-18
• 2.2.2 分數(shù)階PI~λD~μ控制器18-20
• 2.3 分數(shù)階PI~λD~μ控制器的數(shù)字實現(xiàn)20-25
• 2.3.1 時域近似法實現(xiàn)分數(shù)階PI~λD~μ控制器20-21
• 2.3.2 直接近似法實現(xiàn)分數(shù)階PI~λD~μ控制器21-22
• 2.3.3 間接近似法實現(xiàn)分數(shù)階PI~λD~μ控制器22-25
• 3 分數(shù)階PI~λD~μ控制器參數(shù)整定25-34
• 3.1 優(yōu)化方法25-31
• 3.1.1 遺傳算法25-26
• 3.1.2 粒子群算法26
• 3.1.3 量子粒子群算法26-31
• 3.2 整定結(jié)果比較31-34
• 3.2.1 優(yōu)化方法整定分數(shù)階PI~λD~μ控制器參數(shù)31-32
• 3.2.2 整定結(jié)果比較32-34
• 4 分數(shù)階PI~λD~μ制器性能仿真研究34-44
• 4.1 分數(shù)階PI~λD~μ控制器和整數(shù)階PID控制器性能比較34-38
• 4.1.1 慣性系統(tǒng)和積分系統(tǒng)控制器設計34-36
• 4.1.2 高階系統(tǒng)控制器設計36-37
• 4.1.3 分數(shù)階系統(tǒng)控制器設計37-38
• 4.2 分數(shù)階PI~λD~μ控制器魯棒性分析38-39
• 4.3 控制器參數(shù)對控制性能的影響分析39-44
• 5 分數(shù)階PI~λD~μ控制器的實驗驗證44-55
• 5.1 實驗平臺44-47
• 5.1.1 PEC8000控制器44-46
• 5.1.2 Dview軟件46
• 5.1.3 Visual C++46-47
• 5.2 建立被控系統(tǒng)模型47-48
• 5.3 控制器的設計48-51
• 5.3.1 仿真中控制器的數(shù)字實現(xiàn)48-50
• 5.3.2 控制器的設計50-51
• 5.4 實驗對比51-55
• 5.4.1 實驗中控制器的數(shù)字實現(xiàn)51-53
• 5.4.2 分數(shù)階PI~λD~μ控制器與整數(shù)階PID控制器實驗對比53-55
• 6 總結(jié)與展望55-57
• 參考文獻57-60
• 附錄A 分數(shù)階微分方程解析解法60-62
• 附錄B 實驗數(shù)據(jù)62-64
• 表1 整數(shù)階PID控制器實驗數(shù)據(jù)62-63
• 表2 分數(shù)階PI~λD~μ控制器實驗數(shù)據(jù)63-64
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況64-65
• 致謝65-66

【參考文獻】

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中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張邦楚;基于分數(shù)階微積分的飛航式導彈控制系統(tǒng)設計方法研究[D];南京理工大學;2005年

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本文編號：1121695