学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于时域的分数阶PID广义预测控制算法改进及其仿真研究

作　者: 程晓冲
导　师: 郭伟
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: 分数阶PID 广义预测控制分数阶PID-GPC
分类号: TP13
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 129次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

PID调节器作为一种应用广泛的控制器,具有原理简单,适用面广等优势,但是,很多系统对象的模型比较复杂,传统的PID控制对时变,非线性系统不能达到控制要求。分数阶PID控制器较传统整数阶PID控制器增加了两个可调参数,使得其控制器的设计更加灵活,控制性能更加优良。广义预测控制(Generalized Predictive Control, GPC)采用多步输出预测,需要获取的大量的信息,需要在线对控制矩阵求逆和求解丢番图方程,实时性比较低,因此对广义预测控制算法进行改进具有重要意义。本文分析了分数阶PID算法(FOPID)在工程实践中的应用,验证其优越性与实用性。在验证了FOPID控制算法优越性的基础上,并从已有学者研究出的PID算法和模型控制算法相结合推导出的各种新算法的过程中得到启发,提出算法的进一步改进,即FOPID-GPC算法,这种算法既具有FOPID算法的优点,稳定性好,又具有预测功能。文中给出了算法的具体推导过程,并以双容水箱液位控制系统和锅炉过热蒸汽控制系统两大典型系统为例,通过改进后的算法对这两个控制系统的数学模型进行仿真研究,在时域内讨论了FOPID-GPC控制器在参数的选择上对控制性能产生的影响,并通过Matlab仿真说明了FOPID-GPC算法比基本PID算法、GPC算法以及PIDGPC算法控制性能更好。本文尝试将改进算法应用于水箱液位控制系统以及锅炉过热蒸汽系统中,为探索新型控制算法在工程实践中的应用打下一定的理论基础。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
第一章绪论  7-15
  1.1 引言  7-8
  1.2 分数阶微积分控制理论  8-10
    1.2.1 分数阶微积分的定义  8-9
    1.2.2 分数阶控制器  9-10
  1.3 预测控制理论  10-13
    1.3.1 预测控制的产生发展  10-12
    1.3.2 预测控制的研究近状  12
    1.3.3 预测控制的发展前景  12-13
  1.4 本文研究目的和主要内容  13-14
  1.5 本文组织结构  14-15
第二章模型预测控制算法  15-29
  2.1 模型预测控制基本原理  15-22
    2.1.1 模型预测控制的数学基础  15-17
    2.1.2 模型预测控制策略实现步骤  17-20
    2.1.3 模型预测控制典型算法及参数选择  20-22
  2.2 广义预测控制算法  22-28
    2.2.1 广义预测控制算法的数学基础  22-25
    2.2.2 Diophantine方程的递推解  25-27
    2.2.3 广义预测控制参数的选择及实现步骤  27-28
  2.3 本章小结  28-29
第三章分数阶PID控制算法  29-38
  3.1 PID控制算法  29-33
    3.1.1 PID控制算法的特点以及PID控制器的工作原理  29
    3.1.2 模拟PID控制算法  29-31
    3.1.3 数字PID控制算法  31-32
    3.1.4 PID控制器研究面临的问题  32-33
  3.2 分数阶PID控制算法  33-36
    3.2.1 分数阶PID控制算法的特点  33-35
    3.2.2 增量式分数阶PID控制算法  35-36
  3.3 分数阶PID应用仿真研究  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章分数阶PID广义预测控制算法及其仿真应用  38-52
  4.1 FOPID-GPC控制器  38-42
  4.2 FOPID-GPC控制器在EPA实验装置双容水箱液位控制中的应用及其结果仿真  42-47
    4.2.1 仿真研究  43-44
    4.2.2 实验及结果分析  44-47
  4.3 FOPIDGPC控制器在过热汽温控制中的应用  47-51
    4.3.1 过热汽温控制的现状  47-48
    4.3.2 仿真研究及分析  48-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章总结与展望  52-53
参考文献  53-58
致谢  58-59
攻读硕士学位期间发表的主要论文  59

基于时域的分数阶PID广义预测控制算法改进及其仿真研究

内容摘要

全文目录

相似论文