針對不穩(wěn)定系統(tǒng)的控制問題,通常采用傳統(tǒng)PID控制算法。雖然傳統(tǒng)PID控制器可以鎮(zhèn)定不穩(wěn)定被控對象,但是由于復平面右半部分極點的存在,補償后系統(tǒng)的動態(tài)響應特性并不理想。因此,本文引入了分數(shù)階PID控制算法,分數(shù)階PID控制器是傳統(tǒng)整數(shù)階PID(IOPID)控制器微積分算子的階次向分數(shù)的推廣,能夠更靈活的控制被控對象,可以取得比IOPID控制器更好的動態(tài)響應特性。針對分數(shù)階PD~μ(FOPD)控制器,本文采用基于Bode理想傳遞函數(shù)作為目標函數(shù)的方法進行控制器參數(shù)整定,在截止頻率ω_c處匹配開環(huán)傳遞函數(shù)與Bode理想傳遞函數(shù)的幅值、相角以及Nyquist曲線的斜率,可以求解分數(shù)階控制器的3個參數(shù)。針對分數(shù)階PI~λD~μ(FOPID)控制器,本文根據(jù)Bode理想傳遞函數(shù)的相角不隨頻率變化而改變的特點,在非截止頻率處增加了兩個相角條件,提出了針對不穩(wěn)定系統(tǒng)的FOPID控制器參數(shù)整定方法。不穩(wěn)定系統(tǒng)可以抽象為重心在上、支點在下一類系統(tǒng)的集合,而倒立擺系統(tǒng)是這類系統(tǒng)的典型模型,也是專家學者們驗證不穩(wěn)定系統(tǒng)控制方法的理想被控對象。本文主要將提出的針對不穩(wěn)定系統(tǒng)的分數(shù)階控制器設計方法,應用到直線一級... 

【文章來源】：長春理工大學吉林省

【文章頁數(shù)】：57 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

倒立擺模型來源-火箭發(fā)射助推器

μ 兩個可調(diào)參數(shù)[2]，對參數(shù)的變化不敏感，大量文獻表明，在穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性方面分數(shù)階控制器均具有整數(shù)階 PID 控制器不可比擬的優(yōu)勢[3-5]。對于不穩(wěn)定系統(tǒng)的控制研究廣泛的存在于社會生產(chǎn)生活中，如導彈攔截的精確制、衛(wèi)星飛行的姿態(tài)控制、海上鉆井平臺的平衡控制、雙足機器人行走控制等，但由于一般的不穩(wěn)定系統(tǒng)造價昂貴和自身的不確定性，直接將控制方法應用在不穩(wěn)定統(tǒng)上進行實驗，可能會對設備或者人身安全造成一定的傷害，所以科學家們考慮尋一種不穩(wěn)定系統(tǒng)的簡化模型，既能驗證控制理論，又能將成本和不確定性降到最小倒立擺系統(tǒng)應運而生。20 世紀 60 年代，美國麻省理工學院的控制理論專家根據(jù)火發(fā)射助推器(如圖 1.1 所示)的原理設計出了直線一級倒立擺設備[6]，是倒立擺模型源，隨后科研人員根據(jù)雙足機器人行走控制問題又研制出了二級倒立擺甚至三級、級倒立擺[7]。由于倒立擺系統(tǒng)具有不穩(wěn)定、高階次、非線性、多變量等特點，已經(jīng)為專家學者們驗證不穩(wěn)定系統(tǒng)控制方法的理想平臺[8]。目前國內(nèi)高校用作實驗平臺用較多的是深圳固高公司和加拿大 Quanser 公司生產(chǎn)的倒立擺系統(tǒng)。本文在針對高不穩(wěn)定系統(tǒng)進行控制器設計時，采用的被控對象是 Quasner 公司的單級旋轉(zhuǎn)倒立擺如圖 1.2 所示。

( )0[ ( ); ] ( )C ntL D f t s s G sα α= 示為：1( 1)0( ) ( ) (0)nn k n kkG s s F s s f == 下微分拉氏變換為：11 ( )00[ ( )] ( ) (0)nC k ktkL D f t s F s s fα α α == n。制器簡介 PID 控制器(IOPID)是分數(shù)階λ μPI D 控制器(FOPI 時的特例，兩種控制器的參數(shù)分布示意圖表示如μ =1μμ =1μ =2μλ μPI D


本文編號：2938920