近些年,伴隨著分?jǐn)?shù)階理論的快速發(fā)展,分?jǐn)?shù)階微積分理論的研究成果已經(jīng)相對(duì)豐富,為其在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用中打下了夯實(shí)的基礎(chǔ),特別是在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)化學(xué)及機(jī)器人過程控制中得到了廣泛的應(yīng)用。分?jǐn)?shù)階微積分理論研究是在傳統(tǒng)整數(shù)階上的進(jìn)一步拓展,現(xiàn)在許多學(xué)者已經(jīng)對(duì)分?jǐn)?shù)階理論研究相當(dāng)深入,并把分?jǐn)?shù)階理論運(yùn)用到其他的控制器設(shè)計(jì)中。自抗擾控制(ADRC)技術(shù)不依靠被控系統(tǒng)精準(zhǔn)模型,算法簡(jiǎn)單,具有較好的魯棒性,能夠?qū)崟r(shí)地估量補(bǔ)償被控系統(tǒng)中的干擾,鑒于其結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性,每個(gè)控制模塊互不干擾,但又整體彼此聯(lián)系,使得自抗擾控制算法與其他控制算法相結(jié)合會(huì)有很大的研究空間。通過對(duì)兩種控制算法的結(jié)合,互相取長(zhǎng)補(bǔ)短,使得被控對(duì)象的控制精度得到極大的改善。全文主要研究?jī)?nèi)容包括:1.研究分?jǐn)?shù)階微積分基本理論與相關(guān)知識(shí),重點(diǎn)分析分?jǐn)?shù)階控制器的參數(shù)整定規(guī)則及階躍響應(yīng)特性與參數(shù)變化的關(guān)系,然后建立不同類型的控制器模型。利用MATLAB仿真軟件分析分?jǐn)?shù)階控制系統(tǒng)中的三個(gè)典型環(huán)節(jié)的頻率特性,并研究控制器參數(shù)的改變對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。最后研究利用幅值裕度法、相位裕度法及Z域數(shù)值法,完成分?jǐn)?shù)階PID控制器(FOPID)的設(shè)計(jì)、數(shù)值化實(shí)現(xiàn)及系統(tǒng)仿真分析。2.研究自抗擾控制的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與相關(guān)知識(shí),確定自抗擾控制器的具體實(shí)現(xiàn)方法。融入兩種控制思想,將ADRC控制器中安排過度過程、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器理論、估計(jì)補(bǔ)償系統(tǒng)干擾的思想嵌入到分?jǐn)?shù)階控制器中。充分發(fā)揮分?jǐn)?shù)階微積分控制器與自抗擾控制器這兩種控制器的優(yōu)勢(shì),提出了分?jǐn)?shù)階自抗擾復(fù)合控制方法,然后著重研究了分?jǐn)?shù)階自抗擾控制器的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)過程。3.以永磁同步電機(jī)為應(yīng)用對(duì)象,分別設(shè)計(jì)FOPID控制器、整數(shù)階PID控制器(IOPID)、ADRC控制器及分?jǐn)?shù)階自抗擾控制器(FOADRC),并對(duì)比分析了動(dòng)態(tài)響應(yīng)和抗擾性。研究結(jié)果表明:自抗擾控制和分?jǐn)?shù)階PID控制互相取長(zhǎng)補(bǔ)短,通過實(shí)驗(yàn)仿真,本文提出的FOADRC混合控制方案能夠主動(dòng)地抑制不可預(yù)見的干擾,這種新的FOADRC控制器性能要比其他三種控制器單獨(dú)使用時(shí)的控制特性更精準(zhǔn),從而證明了把控制器相聯(lián)合來改善系統(tǒng)控制性能的方法是合理有效的。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O231
【部分圖文】：

參數(shù)的增加能夠使控制系統(tǒng)的控制效果更加優(yōu)越，控制意想不到的結(jié)果。另外，分?jǐn)?shù)解控制器對(duì)于參數(shù)的變化具有早期人員發(fā)表的分?jǐn)?shù)階文章的總結(jié)，雖然都較好的寫出了分的各種控制效果，但對(duì)于控制器中的參數(shù)整定問題，還沒有很有必要對(duì)控制器參數(shù)整定方案進(jìn)行深入研究。隨著研究者階PID控制器的設(shè)計(jì)和參數(shù)整定方案被提出，本文主要利用的定方案是幅值裕度和相位裕度方法，另外重點(diǎn)分析了分?jǐn)?shù)階 PID 控制器結(jié)構(gòu)制器具有可操作性強(qiáng)，適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，比如說許多工程整數(shù)階的控制就能簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)單的線性系統(tǒng)。ID 控制器表達(dá)式為：( ) ( ) ( )( )0tp i de tu t K e t K e t dt Kdt= + +控制器的輸入， u (t )是控制器的輸出。方程可得整數(shù)階 PID 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖 3.1：

制器是分?jǐn)?shù)階λμPI D(FOPID)控制器的特殊情況，而分?jǐn)?shù)階 控制器的延伸而來[41]。我們知道，傳統(tǒng)整數(shù)階控制器擁有三器比整數(shù)階增加了兩個(gè)調(diào)整參數(shù)，表面上看增加了計(jì)算的復(fù)計(jì)思想更加的靈敏[42]，并且分?jǐn)?shù)階控制器對(duì)于參數(shù)的變化具λμPI D控制器時(shí)域傳遞函數(shù)能夠表示成：u(t )ke(t)kDe(t)kDe(t)pidλμ=++ λμPI D控制器的結(jié)構(gòu)框圖如圖 3.2：

μ= 1IOPID' 1( )p i dC s K K S K S = + +vii λ , μ > 0, λ , μ≠ 1;FOPID'( )p i dC s K K S K S λ μ= + +工程領(lǐng)域?qū)τ诳刂菩Ч胁煌男阅苤笜?biāo)，因此λ ，μ 可以是非整還未用到復(fù)數(shù)形式。對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行良好的調(diào)節(jié)，對(duì)于許多工程利的價(jià)值。根據(jù)以上描述可以得到，分?jǐn)?shù)階控制器比整數(shù)階增加了面上看增添了計(jì)算的復(fù)雜性，其實(shí)對(duì)控制器的穩(wěn)定特性及魯棒特性。同時(shí)也反映了分?jǐn)?shù)階控制器的控制敏銳度，更加適合復(fù)雜的工程94 年 L. Dorcak I 成功的提出了 FOPD 控制器，PDμ控制器比傳統(tǒng)整有任意性的可調(diào)參數(shù)μ ，由于此參數(shù)加入，擴(kuò)大了控制器參數(shù)的整例微分控制器對(duì)被控對(duì)象的控制更加靈活和敏銳，同時(shí)也增大了控 1 的第五種情況可得，當(dāng) λ = 0, μ > 0, μ≠ 1時(shí)，λμFOPI D控制器就演控制器，它作為λμFOPI D控制器的一種延伸形式，其具有三個(gè)調(diào)節(jié)系數(shù)pK 、微分系數(shù)dK 以及微分項(xiàng)階次 μ 。圖 3.4 為 PDμ控制器的
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2878950