迭代学习控制的应用研究

迭代学习控制的应用研究

论文摘要

迭代学习控制(ILC)是伴随计算机应用技术而发展起来的,是人工智能与自动控制相结合的新的学习控制技术。它非常适合于具有重复运动特性的被控对象,可以实现有限时间区间上任意精度的跟踪。论文根据当前迭代学习控制的研究现状,针对线性时不变(LTI)连续系统讨论了PID型学习律的收敛性,受噪声干扰时的鲁棒性,以及学习控制器的PID参数优化设计等问题。同时,运用迭代学习控制理论去分析和解决了工业控制过程中的两类问题:一类是控制系统可以用精确的数学模型描述,另一类是控制系统没有具体的数学模型,通过实际应用验证了此控制技术的良好性能。本课题主要研究内容和结果如下:1.研究了PID型迭代学习律的收敛性和鲁棒性问题。针对开环、闭环PID型学习律作了收敛性证明,给出了收敛条件,更进一步针对迭代学习控制系统存在初态偏差、状态扰动和测量噪声时,对PID型学习律作了收敛性和鲁棒性证明。2.针对线性时不变连续系统,对开环和闭环迭代学习控制器的PID参数设计方法进行探讨。深入研究了适用于离散系统开环迭代学习控制器PID参数基于一定性能指标进行优化设计的方法,在适用于离散系统推导结论的基础上,按照一定限定条件把此设计方法应用于连续系统。3.研究了迭代学习控制应用于直流电动机的速度跟踪问题。探讨了电气控制系统中电动机速度跟踪控制需求,对控制系统构建了具体的数学模型,深入讨论了开环和闭环PID型迭代学习控制分别应用此类问题的跟踪效果,同时针对系统存在初态学习误差、状态扰动和测量噪声时,通过MATLAB软件做了大量的仿真和实验,验证了迭代学习控制不仅具有良好的控制性能,而且具有较强的鲁棒性和稳定性。4.研究了迭代学习控制应用于稳定大罐液位调控的实际工程问题。此控制方式通过改变抽水电动机给定频率,从而改变排水速率,把污水液位稳定在许可范围之内,此类控制属于均匀控制问题。此工程问题在对控制系统没有建立具体数学模型的情况下,用迭代学习控制理论去解决,探讨了迭代学习控制模型的建立过程,并依照控制需求作了详细的仿真。最终在设计方法成功的基础上,应用于实际现场,并且深入阐述了工程中的硬件、软件设计过程。5.基于论文中的学习算法和工程应用问题,用MATLAB软件编制M文件和基于Simulink的界面程序做了仿真验证。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 前言
  • 1.1 选题目的和意义
  • 1.2 迭代学习控制系统的描述
  • 1.2.1 可重复受控对象
  • 1.2.2 控制目标
  • 1.2.3 PID 型迭代学习律
  • 1.2.4 停止条件
  • 1.2.5 迭代学习控制算法流程步骤
  • 1.3 迭代学习控制的研究内容及现状
  • 1.4 论文的主要工作
  • 第二章 迭代学习控制的收敛性和鲁棒性分析
  • 2.1 研究收敛性和鲁棒性的意义
  • 2.2 范数相关理论
  • 2.2 无干扰情况下学习律的收敛性
  • 2.3 存在初始偏移时学习律的收敛性与鲁棒性
  • 2.4 具有信号噪声时收敛性与鲁棒性分析
  • 2.4.1 选用开环PID 型学习律
  • 2.4.2 选用闭环PID 型学习律
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 迭代学习控制的参数优化设计方法
  • 3.1 计算机处理下的连续系统与离散系统
  • 3.2 离散系统开环PID 型迭代学习控制器参数优化设计
  • 3.3 连续系统开环PID 型迭代学习控制器参数优化设计
  • 3.4 闭环PID 型迭代学习控制参数设计
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 迭代学习控制应用于电气控制系统
  • 4.1 速度跟踪系统的描述
  • 4.2 开环和闭环迭代学习控制
  • 4.3 具有初始条件的开环和闭环迭代学习控制
  • 4.4 具有扰动的开环和闭环迭代学习控制
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 稳定大罐液位调控模型的设计与应用
  • 5.1 均匀控制系统的目的与要求
  • 5.2 专家系统的引入
  • 5.3 系统测量参数及生产需求
  • 5.4 自动化调控模型的设计
  • 5.4.1 调控过程需求分析
  • 5.4.2 变频器频率初始值的给定
  • 5.4.3 调控时频率值的给定
  • 5.4.4 专家系统临界频率设定
  • 5.4.5 开环PID 型学习律参数的整定
  • 5.5 设计模型结合案例分析说明
  • 5.6 工业控制现场方案设计
  • 5.6.1 系统总体方案设计
  • 5.6.2 自动化控制系统硬件设计
  • 5.6.3 计算机管理软件设计
  • 5.6.4 智能控制终端软件设计
  • 5.7 本章小结
  • 结论与展望
  • 1 主要工作总结
  • 2 主要创新点
  • 3 存在的问题及未来的方向
  • 参考文献
  • 附录A
  • 攻读硕士学位期间取得的学术成果
  • 致谢
  • 相关论文文献

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