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时滞及非最小相位系统智能复合控制策略研究

作　者: 孙建平
导　师: 宋之平；徐大平
学　校: 华北电力大学
专　业: 热能工程
关键词: 智能复合控制时滞及非最小相位系统多变量控制模糊优化控制 Smith预估器解耦控制神经网络控制遗传算法
分类号: TP273.5
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

在现代科学技术的发展过程中，智能控制理论应用得越来越广泛，它已是工业控制领域中不可缺少的工具，正日益受到科研人员的瞩目。针对时滞及非最小相位系统，由于存在右半平面零、极点，常常使被控对象出现超、负调现象，使用传统的线性控制技术很难消除这种特性。充分发挥智能控制策略的优点，改善时滞及非最小相位系统的控制品质，这是本文所要讨论的主要内容，也是智能复合控制理论的精髓所在。本文作者在前人对时滞系统、非最小相位系统研究的基础上，把时滞及非最小相位系统作为一个整体进行研究，其主要工作如下：⑴在对多种智能控制理论及系统进行分析后，本文给出了“智能复合控制”的定义；提出了几种适用于时滞及非最小相位系统的模糊PID智能复合控制算法。一方面，利用模糊控制来改善控制系统的动态特性；另一方面，通过PID控制保证控制系统的稳态精度。⑵Smith预估器是解决大时滞的传统方法，但是对过程参数比较敏感。本文提出了时滞及非最小相位系统的简化方法，研究了被控系统鲁棒性与其它性能指标的关系，通过理论等方法有效地改善被控系统的鲁棒性。对不稳定的时滞及非最小相位系统提出了改进型Smith预估器的设计方法，并给出了控制参数整定的经验公式。⑶提出了利用遗传算法对时滞及非最小相位系统进行优化设计的控制策略，有效地克服了由于非最小相位引起的超、负调现象。为保证控制方式的平滑转换，讨论了利用模糊推理及优化实现模型切换点的确定。⑷对时滞及非最小相位的多变量系统，提出了系统解耦应满足的条件和需要注意的事项。 ⑸本文研究、设计的各种智能控制策略，通过在直升机俯仰控制、化学聚合反应过程、水轮机调速等时滞及非最小相位系统的仿真结果表明：控制算法清楚、简单，控制效果满足要求，充分体现了复合控制策略的优势和良好的应用前景。

全文目录

第一章绪论  9-18
  1．1 智能复合控制的定义  9-10
  1．2 智能控制的历史和现状  10-12
    1．2．1 智能控制研究的内容及方式  10-12
    1．2．2 智能复合控制的历史和现状  12
  1．3 智能复合控制的几种基本类型  12-15
  1．4 智能复合控制策略的特点  15-16
  1．5 本文选题的意义及研究的主要内容  16-18
    1．5．1 本文选题的意义  16
    1．5．2 本文研究的主要内容  16-18
第二章时滞及非最小相位系统分析  18-24
  2．1 最小、非最小相位系统定义  18
  2．2 时滞及非最小相位系统类型  18
  2．3 对时滞及非最小相位系统的研究  18-24
    2．3．1 对时滞系统的分析和研究  19-20
    2．3．2 对非最小相位系统的研究  20-22
    2．3．3 对时滞及非最小相位系统的研究  22-24
第三章一阶时滞不稳定系统的镇定及复合PID控制  24-37
  3．1 概述  24
  3．2 一阶时滞不稳定系统的镇定  24-25
    3．2．1 通过纯比例内环补偿器K的镇定  24-25
    3．2．2 通过比例微分内环补偿器的镇定  25
  3．3 一阶时滞不稳定系统PID控制器控制参数的整定  25-28
    3．3．1 复合PID控制器控制参数的整定  26-27
    3．3．2 复合PID控制器控制参数的修正  27-28
  3．4 神经智能PID控制算法  28-29
  3．5 仿真结果及分析  29-35
  3．6 小结  35-37
第四章基于非最小相位系统简化模型的鲁棒Smith预估控制器解析设计  37-51
  4．1 概述  37
  4．2 非最小相位系统模型的简化处理  37-38
  4．3 控制系统灵敏度分析  38-40
  4．4 Smith预估控制器分析  40-42
  4．5 鲁棒Smith预估控制器设计  42-43
  4．6 Smith预估器完全抗干扰设计  43-44
  4．7 仿真结果及分析  44-49
    4．7．1 非最小相位系统的控制  44-47
    4.7.2 电厂单元机组汽温过程控制  47-49
  4．8 小结  49-51
第五章针对带有大时滞不稳定被控对象的改进型Smith预估控制器设计方法  51-63
  5．1 概述  51
  5．2 改进型Smith预估控制器  51-54
  5．3 改进型Smith预估控制器  54-55
  5．4 改进型Smith预估控制器2控制参数的整定  55-57
    5．4．1 镇定控制器控制参数的整定  55-56
    5．4．2 主控制器控制参数的整定  56
    5．4．3 匹配控制器控制参数的整定  56-57
  5．5 仿真结果及分析  57-62
    5．5．1 直升机俯仰控制系统  57-59
    5．5．2 具有大时滞的一阶不稳定系统  59-62
  5．6 小结  62-63
第六章解析型模糊PID控制器的研究  63-70
  6．1 概述  63
  6．2 智能复合控制系统切换方式研究  63-65
    6．2．1 硬性开关复合控制  64
    6．2．2 软性开关复合控制  64-65
    6．2．3 并联型复合控制开关  65
  6．3 智能复合控制器（隐式开关)  65-67
  6．4 智能复合控制系统仿真结果及分析  67-69
    6．4．1 水轮机调速系统的智能复合控制  67-69
  6．5 小结  69-70
第七章基于遗传算法的非最小相位系统复合优化设计  70-83
  7．1 概述  70
  7．2 Fuzzy控制机理及规则  70-73
    7．2．1 Fuzzy控制机理及规则  70-72
    7．2．2 模糊控制器控制参数分析  72-73
  7．3 基于遗传算法的非最小相位系统优化设计  73-77
    7．3．1 非最小相位系统性能指标优化  73-74
    7．3．2 遗传算法（geneticalgorithms)  74-76
    7．3．3 运行参数  76-77
  7．4 参数自校正模糊控制器设计  77-78
  7．5 仿真研究  78-82
  7．6 本章小结  82-83
第八章带有时滞的多变量非最小相位系统分析  83-92
  8．1 概述  83
  8．2 多变量系统及解耦方法讨论  83-86
    8．2．1 P规范对象与V规范对象定义  83
    8 .2 .2 P规范对象与V规范对象之间的转换  83-84
    8．2．3 多变量耦合系统解耦的充分必要条件  84-85
    8．2．4 多变量耦合系统解耦设计的不确定性  85-86
  8．3 时滞及非最小相位系统多变量Smith预估器设计  86-89
    8．3．1 带有时滞及非最小相位的多变量被控对象的解耦设计  86-88
    8．3．2 多变量Smith预估器及其解耦设计  88-89
  8．4 多变量Smith预估器控制系统的稳定性分析  89-91
  8．5 小结  91-92
第九章结束语  92-94
参考文献  94-99
攻读博士学位期间发表的学术论文及所完成的科研任务  99-100
致谢  100

时滞及非最小相位系统智能复合控制策略研究

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