非线性系统无模型控制方法研究

论文摘要

经典控制理论自从20世纪40年代以来发展速度很快,已经形成了成熟的理论体系,经典PID控制器在石油化工、电力、冶金、轻纺等行业中得到广泛应用。然而,随着石油化工、电力、冶金、轻纺等行业的发展,生产设备愈来愈复杂,系统越来越大,传统的控制方法已经无法满足行业对控制效果的要求。随着现代控制理论的蓬勃发展,各国学者相继提出了许多新的控制算法,如预测控制、自适应控制、神经网络以及鲁棒控制等,这些新算法统称为先进控制算法。这些先进控制算法经过长时间的发展和完善,已经不同程度的得到应用。然而,这些先进控制方法都是建立在被控系统的数学模型的基础上的,如果没有被控系统的数学模型,先进控制方法就无法发挥作用,在这种背景下产生了无模型控制算法。我们将在控制器的设计过程中只用到被控对象的输入输出数据而不用任何被控对象数学模型的信息的控制器统称为无模型控制器。到目前为止,世界上主要的无模型控制策略有无模型自适应控制、自抗扰控制、自学习控制以及迭代反馈控制等。本文首先简要介绍无模型控制方法的研究意义、发展现状以及无模型自适应控制方法的基本理论,进而将无模型自适应控制算法推广到多输入多输出非线性系统,通过仿真实验验证该算法具有良好的跟踪性能和较强的鲁棒性。然后针对一类NARMAX模型描述的非线性系统,提出了一种基于偏格式线性化的非线性系统无模型预测控制方法。通过仿真实验证明该算法具有良好的跟踪性能和较强的抗干扰性能。最后将无模型自适应控制算法和基于偏格式线性化的无模型预测控制算法分别作用在连续搅拌釜式反应器的控制中,通过改变跟踪目标以及加入干扰信号,观察系统的响应曲线,验证无模型预测控制算法的优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 无模型控制方法分类
• 1.2.1 自抗扰控制
• 1.2.2 无模型自适应控制
• 1.2.3 迭代反馈控制
• 1.2.4 去伪控制
• 1.3 无模型自适应控制研究发展现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 无模型自适应控制的基本理论
• 2.1 无模型自适应控制方法的基本概念
• 2.2 非线性系统泛模型及其偏格式线性化
• 2.3 无模型自适应控制算法
• 2.3.1 基于偏格式线性化的无模型自适应控制律
• 2.3.2 伪偏导数估计算法
• 2.4 本章小结
• 3 基于偏格式线性化的MIMO 系统无模型自适应控制
• 3.1 概述
• 3.2 MIMO 非线性系统泛模型及其偏格式线性化
• 3.2.1 非线性系统泛模型
• 3.2.2 偏格式线性化
• 3.3 无模型自适应控制
• 3.3.1 基于偏格式线性化的无模型自适应控制律
• 3.3.2 伪Jacobi 矩阵的估计算法
• 3.4 仿真研究
• 3.4.1 改变系统参数
• 3.4.2 改变系统结构
• 3.4.3 加入输出干扰
• 3.5 本章小结
• 4 基于偏格式线性化的非线性系统无模型预测控制
• 4.1 概述
• 4.2 非线性系统泛模型及其偏格式线性化
• 4.3 无模型预测控制
• 4.3.1 预测模型
• 4.3.2 参考轨迹
• 4.3.3 反馈校正
• 4.3.4 滚动优化
• 4.4 仿真研究
• 4.4.1 改变系统参数
• 4.4.2 改变系统结构
• 4.4.3 改变跟踪目标
• 4.5 本章小结
• 5 无模型预测控制方法在连续搅拌釜式反应器中的仿真研究
• 5.1 概述
• 5.2 CSTR 过程控制的研究现状
• 5.3 CSTR 的MFAC 与MFPC 控制仿真比较及分析
• 5.3.1 加入干扰
• 5.3.2 改变跟踪目标
• 5.4 本章小结
• 6 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录