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一類分布參數(shù)系統(tǒng)的自抗擾控制

發(fā)布時間:2018-04-19 07:01

  本文選題:分布參數(shù)系統(tǒng) + 自抗擾控制; 參考:《北京化工大學(xué)》2016年碩士論文


【摘要】:自抗擾控制是近年來發(fā)展起來的新型控制算法,它能將系統(tǒng)中的不確定性和擾動視作整體干擾進行估計。整體干擾即“總擾動”,是自抗擾控制思想的核心,最早是由韓京清教授提出,這樣設(shè)計的目的是通過把系統(tǒng)內(nèi)部和外部所有的不確定性和擾動綜合考慮并整體觀測和補償,以解決系統(tǒng)的抗擾問題。自抗擾控制算法不依賴于對象模型的參數(shù)和模型形式,是一種可適用于嚴酷環(huán)境和復(fù)雜對象的控制算法。隨著后來高志強提出的“帶寬”的思想,參數(shù)較多的經(jīng)典自抗擾控制器被簡單線性化,改進的線性自抗擾控制器的算法在眾多領(lǐng)域顯得簡單實用,得到了很多學(xué)者的充分研究和運用。分布參數(shù)系統(tǒng)是一類在自然界中的廣泛存在的系統(tǒng),它幾乎隨處可見,因此針對分布參數(shù)系統(tǒng)進行控制器設(shè)計是一個很有現(xiàn)實意義的課題?墒欠植紖(shù)系統(tǒng)比集中參數(shù)系統(tǒng)更復(fù)雜,存在各種不確定的因素,例如不確定的干擾、參數(shù)攝動等。所有的這些不可預(yù)見并消除的干擾都有可能對系統(tǒng)的整體性能造成很大的影響,而傳統(tǒng)的控制算法往往不能滿足較高的控制需求或者實現(xiàn)較好的控制效果。本文嘗試將分布參數(shù)系統(tǒng)的控制問題轉(zhuǎn)換為抗擾問題進行解決。論文主要研究內(nèi)容如下:1.本文針對一類線性的分布參數(shù)系統(tǒng)進行研究,這類分布參數(shù)系統(tǒng)均可以通過一階偏微分方程組的通式進行描述。本文針對這類系統(tǒng)所包含的模型復(fù)雜性和輸入輸出中伴隨的不確定性以及不可測量的擾動等問題,主要研究這類分布參數(shù)系統(tǒng)的動態(tài)控制問題。為克服各種干擾對系統(tǒng)的動態(tài)影響考慮將分布參數(shù)系統(tǒng)的邊界控制問題簡化為抗擾問題,進而設(shè)計自抗擾控制器。2.本文擴充了狀態(tài)觀測器的階數(shù)來進一步估計總擾動,并基于此構(gòu)造高階擴張狀態(tài)觀測器。這樣設(shè)計的目的是為了實現(xiàn)對“總擾動”的更加精確的估計并實現(xiàn)更好的補償消除,盡可能的克服“總擾動”對系統(tǒng)性能的影響。這樣設(shè)計的觀測器跟蹤精度高,狀態(tài)估計更準確,且保留了控制器結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。仿真實驗涉及兩個分布參數(shù)系統(tǒng),實驗中將改良后的自抗擾控制器與相關(guān)文獻中設(shè)計的PI控制器的進行控制性能比較,改進的自抗擾控制器表現(xiàn)出很好的控制效果。3.本文基于前人的工作,從免疫PID可以增強PID的控制效果得到啟發(fā)。將免疫控制可以實現(xiàn)參數(shù)自整定思想應(yīng)用于自抗擾的主控制器,具體來講是在自抗擾控制器中的NLSEF部分加入免疫因子,通過生物免疫的機理實現(xiàn)自抗擾主控制器中的控制參數(shù)的自整定。這樣設(shè)計的免疫自抗擾控制器,可以利用免疫的自適應(yīng)更好的輔助自抗擾控制器,使其發(fā)揮更好的控制及觀測效果。仿真實驗說明了免疫自抗擾控制器對于擾動的抗擾性和自適應(yīng)性。
[Abstract]:Active disturbance rejection control (ADRC) is a new control algorithm developed in recent years. It can estimate the uncertainties and disturbances of the system as a whole.The whole disturbance, that is, "total disturbance", is the core of the idea of ADRC. It was first put forward by Professor Han Jingqing. The purpose of this design is to take into account all the uncertainties and disturbances both inside and outside the system, and to observe and compensate for them as a whole.To solve the problem of system immunity.The ADRC algorithm is not dependent on the parameters and model form of the object model. It is a control algorithm suitable for harsh environments and complex objects.With the idea of "bandwidth" put forward by Gao Zhiqiang later, the classical ADRC with more parameters is simply linearized, and the improved algorithm of linear ADRC is simple and practical in many fields.It has been fully studied and applied by many scholars.Distributed parameter system is a kind of widely existing system in nature, it is almost everywhere, so the controller design for distributed parameter system is of great practical significance.But the distributed parameter system is more complex than the centralized parameter system, and there are various uncertain factors, such as uncertain disturbance, parameter perturbation and so on.All these unpredictable and eliminated disturbances may have a great impact on the overall performance of the system, but the traditional control algorithms often can not meet the higher control requirements or achieve better control effect.This paper attempts to transform the control problem of distributed parameter system into a disturbance rejection problem.The main contents of this paper are as follows: 1: 1.In this paper, we study a class of linear distributed parameter systems, which can be described by the general expressions of the first order partial differential equations.In this paper, the dynamic control problem of the distributed parameter system is studied, which includes the complexity of the model, the uncertainty associated with the input and output, and the unmeasurable disturbance.In order to overcome the dynamic effects of various disturbances on the system, the boundary control problem of distributed parameter systems is simplified as a disturbance rejection problem, and an active disturbance rejection controller .2is designed.In this paper, the order of the state observer is extended to further estimate the total disturbance, and based on this, the higher order extended state observer is constructed.The purpose of this design is to achieve more accurate estimation of "total disturbance" and to achieve better compensation and elimination, and to overcome the influence of "total disturbance" on system performance as much as possible.The designed observer has high tracking accuracy, more accurate state estimation, and retains the advantages of simple controller structure.The simulation experiment involves two distributed parameter systems. In the experiment, the improved ADRC is compared with the Pi controller designed in related literature. The improved ADRC has a good control effect.In this paper, based on the previous work, the immune PID can enhance the control effect of PID.The idea of parameter self-tuning can be applied to the main controller of ADRC, specifically, the immune factor is added to the NLSEF part of the ADRC.The self-tuning of the control parameters in the active disturbance rejection controller is realized by the mechanism of biological immunity.The immune ADRC designed in this paper can make use of the immune adaptive and better auxiliary ADRC to make it play a better control and observation effect.The simulation results show that the immune ADRC is robust and adaptive to disturbances.
【學(xué)位授予單位】:北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類號】:TP273

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本文編號:1772061

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