本文選題：采樣控制系統(tǒng)　切入點(diǎn)：時(shí)滯　出處：《大連理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著數(shù)字控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展,基于采樣數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在實(shí)際工業(yè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文基于實(shí)際工程中常用的采樣系統(tǒng)離散域低階時(shí)滯模型,分別對(duì)具有時(shí)滯響應(yīng)的穩(wěn)定型、積分型和不穩(wěn)定型過(guò)程提出了離散域兩自由度控制設(shè)計(jì)方法。采用近期文獻(xiàn)提出的兩自由度控制結(jié)構(gòu),解析地設(shè)計(jì)了設(shè)定點(diǎn)跟蹤控制器和閉環(huán)系統(tǒng)抗擾控制器,可以分別對(duì)系統(tǒng)設(shè)定點(diǎn)跟蹤響應(yīng)和負(fù)載擾動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)和優(yōu)化。根據(jù)H2最優(yōu)控制性能指標(biāo)設(shè)計(jì)設(shè)定點(diǎn)跟蹤響應(yīng)控制器,閉環(huán)系統(tǒng)抗擾控制器是通過(guò)提出期望的閉環(huán)系統(tǒng)互補(bǔ)靈敏度函數(shù),反向推導(dǎo)而確定。該控制方案的突出優(yōu)點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)跟蹤響應(yīng)的時(shí)域指標(biāo)可以通過(guò)單調(diào)地調(diào)節(jié)控制器中唯一的調(diào)節(jié)參數(shù)定量整定。對(duì)于穩(wěn)定型、積分型過(guò)程,根據(jù)期望閉環(huán)抗擾傳遞函數(shù)反向推導(dǎo)得出的抗擾控制器可以物理實(shí)現(xiàn),然而對(duì)于不穩(wěn)定過(guò)程,由于期望的抗擾控制器分子分母中存在隱含的不穩(wěn)定零極點(diǎn)對(duì)消,使得閉環(huán)控制系統(tǒng)不能保證內(nèi)部穩(wěn)定性。為此本文采用有理Pade近似來(lái)逼近期望抗擾控制器形式,以便實(shí)際應(yīng)用。關(guān)于所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)穩(wěn)定性,應(yīng)用小增益定理分析得出在一些典型的模型不確定性情況下,閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠保持魯棒穩(wěn)定性的充要條件,并且利用圖形化數(shù)值分析的方法給出抗擾控制器中單一的調(diào)節(jié)參數(shù)的整定范圍。應(yīng)用近期文獻(xiàn)中的案例來(lái)驗(yàn)證說(shuō)明本文中所提出的離散域兩自由度控制設(shè)計(jì)方法的有效性和優(yōu)越性。在上述兩自由度控制設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)之上,提出了一種可以應(yīng)用于帶時(shí)滯批量生產(chǎn)過(guò)程的迭代學(xué)習(xí)控制方法。該控制方法的主要思想是利用歷史批次中的信息來(lái)改善當(dāng)前批次的控制性能,為此在上述兩自由度控制結(jié)構(gòu)中引入一個(gè)“存儲(chǔ)器”,用來(lái)存儲(chǔ)歷史和當(dāng)前批次中的過(guò)程輸出、模型輸出和控制信號(hào),并且為控制當(dāng)前生產(chǎn)過(guò)程周期提供前一批次中的過(guò)程輸出、模型輸出和控制信號(hào),以便迭代學(xué)習(xí)控制和性能優(yōu)化。在實(shí)際應(yīng)用中,初始批次采用上述兩自由度控制方案來(lái)保證控制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性,然后從下一批次開(kāi)始采用迭代學(xué)習(xí)控制律,逐步實(shí)現(xiàn)完全跟蹤期望設(shè)定點(diǎn)軌跡。此外,在所提出的迭代學(xué)習(xí)控制算法中引入一個(gè)濾波器來(lái)保證迭代誤差的收斂性,并且給出誤差收斂的充分條件。最后,通過(guò)應(yīng)用一個(gè)仿真案例來(lái)說(shuō)明該迭代學(xué)習(xí)控制方法的可行性和有效性。
[Abstract]:With the rapid development of digital control system, the computer control system based on sampling data has been more and more widely used in practical industry. Two degree of freedom control design methods in discrete domain are proposed for stable, integral and unstable processes with time-delay response. A set point tracking controller and a closed-loop disturbance rejection controller are designed analytically. The system set point tracking response and load disturbance response can be independently adjusted and optimized, and a set point tracking response controller is designed according to the H2 optimal control performance index. The closed-loop system disturbance rejection controller is based on the proposed complementary sensitivity function of the closed-loop system. The advantage of this control scheme is that the time-domain index of tracking response can be adjusted quantitatively by monotonously adjusting the unique adjusting parameters in the controller. The disturbance rejection controller derived from the inverse derivation of the expected closed-loop disturbance rejection transfer function can be physically realized. However, for the unstable process, because of the existence of implicit unstable zero pole cancellation in the molecular denominator of the desired disturbance rejection controller, The closed loop control system can not guarantee the internal stability. In this paper, the rational Pade approximation is used to approximate the desired disturbance rejection controller for practical application. By using the small gain theorem, the sufficient and necessary conditions for the closed-loop control system to maintain robust stability under some typical model uncertainties are obtained. The tuning range of a single adjustment parameter in the disturbance rejection controller is given by means of graphical numerical analysis, and the two degree of freedom control design method in discrete domain proposed in this paper is verified by a case study in recent literature. Based on the above two degrees of freedom control design, An iterative learning control method which can be applied to batch production process with time delay is proposed. The main idea of the control method is to improve the control performance of the current batch by using the information in the historical batch. For this reason, a "memory" is introduced into the above two-degree-of-freedom control structure, which is used to store the process output, model output and control signal in the history and current batch, and to provide the process output in the previous batch for the control of the current production process cycle. The model outputs and control signals for iterative learning control and performance optimization. In practical applications, the above two degree of freedom control scheme is used in the initial batch to ensure the robust stability of the control system. Then, the iterative learning control law is adopted from the next batch to realize the complete tracking of the desired set point trajectory step by step. In addition, a filter is introduced into the proposed iterative learning control algorithm to ensure the convergence of the iterative error. The sufficient conditions of error convergence are given. Finally, a simulation case is used to illustrate the feasibility and effectiveness of the iterative learning control method.
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP273

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本文編號(hào)：1648529