时滞系统的自抗扰控制设计及参数稳定域分析
在石油、化工、制药和废水处理等工业过程控制中，受装置、环境以及人为因素的影响，控制量与被控量之间广泛存在着时间滞后的现象。由于时滞的存在，控制量不能及时对系统动态变化做出反应，从而导致整个系统出现大超调、长响应时间、振荡甚至不稳定等不良现象。自抗扰控制器(ADRC)作为一种新型控制器，继承了PID不依赖于模型和以误差驱动的优点，通过引入估计扰动的扩张状态观测器(ESO)，实现对扰动的补偿，从而达到抗扰的目的。由于自抗扰控制器同时具有PID的优点和抗扰的功能，越来越广泛地应用在过程控制当中。因此，探究自抗扰控制器如何能在保证其抗扰特性的前提下克服时滞或时滞变化引起的不良反应对其在时滞过程中的应用具有深远影响。同时，在自抗扰控制器和时滞过程组成的闭环回路中，确定自抗扰控制器的参数稳定域对其理论分析与工程整定也具有重要意义。针对以上问题，在前人工作的基础上，本文做出以下方面的研究: 一方面在自抗扰控制结构上，针对一类具有时变时滞特性的对象，设计具有自适应延迟输入的改进自抗扰控制方案。该方法通过引入相关性分析技术对对象的时变时滞进行辨识，然后将得到的时滞信息传递给观测器输入前的延迟模块，从而实现控制回路与观测回路时滞信息的同步，降低了时滞带来的不良影响。通过一个锅炉燃烧过程的实例仿真验证了该控制方案的有效性和鲁棒性。 另一方面从自抗扰控制的理论分析入手，对于由一阶线性自抗扰控制器与一阶时滞系统组成的闭环回路，首先推导出其特征方程，然后利用双轨迹法求解满足闭环特征方程不含右半平面极点的控制器参数稳定域。求得的参数稳定域可以精确满足系统稳定，为时滞系统线性自抗扰控制器的整定和分析提供了理论依据。通过数值仿真验证了所求得稳定域的准确性和该方法的有效性。
工业控制;时滞系统;自抗扰控制;参数稳定域
北京化工大学
硕士
控制科学与工程
李大字
2017
中文
TB114.2
75
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）