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智能轨迹导引控制算法的研究

2020-12-01阅读(936)

智能轨迹导引控制算法的研究

论文摘要

PID控制器因为结构简单、容易实现,被广泛应用于各种工业过程控制中。但是,随着工程系统的日益复杂化和对控制要求的精确化,以及实际工业过程中的时滞性、时变性、不确定性等因素使得PID控制难以兼顾动态与静态指标的要求,控制效果不尽如人意。但是目前还没有实用可行的控制器或控制算法来取代传统PID控制,为了解决这种尴尬的局面,本文提出了一种更为简单实用的控制算法:ITGC(Intelligent Track Guiding Control)—智能轨迹导引控制。“汲取经典PID的思想精华,构造新型实用控制器”正是本文的初衷。ITGC克服了传统PID控制中误差取法过于简单的缺点,避免了系统初始阶段输出值与给定阶跃之间的过大误差,采用一阶惯性环节的阶跃响应曲线作为合理有效的导引曲线来取代原始阶跃给定,使输出值与目标之间的误差限于可达范围内,将传统的“目标控制”过渡到“过程控制”;有效利用微分反馈,得到速度误差,组合速度与位置协调控制,使系统输出能够跟随导引曲线平稳达到终值。ITGC算法中需整定的参数包括:一阶惯性环节时间常数T,位置控制系数Ap和速度控制系数Av。依据“稳”、“准”、“快”的控制工艺基本要求与兼顾执行器寿命周期的需要,设计出新的评价指标—时间与绝对误差和控制量增量乘积积分性能指标(ITAEU)作为参数T取值的限制条件,通过MATLAB/SIMULINK仿真确定其取值范围;并从实用角度出发,依据现场工作经验给出系数Ap和Av的取值方法。ITGC控制结构简单,操作简便,在温度实验平台的实时试验结果验证了ITGC算法的优越性,能够较好的抑制振荡和超调。ITGC算法不仅可以应用在大惯性,大延时系统,如锅炉温度控制;同时根据其能抑制超调以及能够使输出跟随设定轨迹的特点,在机械手、立体仓库等方面同样具有广泛的应用前景。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 选题的背景及研究意义
  • 1.2 本课题的研究现状
  • 1.3 本文的主要研究内容与结构
  • 第2章 ITGC算法的原理
  • 2.1 PID控制
  • 2.1.1 PID控制器简介
  • 2.1.2 PID控制器参数对控制性能的影响
  • 2.2 ITGC算法的原理与结构
  • 2.2.1 智能轨迹导引控制算法的原理与结构
  • 2.2.2 智能轨迹导引控制算法的实现
  • 2.2.3 ITGC算法参数意义分析
  • 2.3 本章小结
  • 第3章 ITGC算法的参数整定与仿真研究
  • 3.1 被控对象结构的测定方法
  • 3.1.1 一阶惯性环节拟合的近似法和两点法
  • 3.1.2 二阶惯性环节拟合的两点法
  • 3.1.3 有延迟n阶惯性环节拟合的两点法
  • 3.1.4 工程上简化的利用智能pang-pang控制的测定方法
  • 3.2 ITGC算法中参数T取值范围确定
  • 3.3 ITGC参数的实用整定方法
  • 3.4 ITGC算法的鲁棒性分析
  • p与Av自身强、中、弱的仿真分析'>3.4.1 参数Ap与Av自身强、中、弱的仿真分析
  • p，Av权重对比的仿真分析'>3.4.2 参数Ap，Av权重对比的仿真分析
  • 3.4.3 与PID控制的仿真比较
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 ITGC算法在温度控制中的应用研究
  • 4.1 ITGC在温度实验平台上的应用
  • 4.1.1 温度实验平台的硬件设计
  • 4.1.2 温度实验平台的软件设计
  • 4.1.3 温度控制算法设计与实现
  • 4.2 锅炉温度控制回路算法设计
  • 4.2.1 温度控制任务
  • 4.2.2 控制算法设计
  • 4.2.3 控制算法实现
  • 4.3 本章小结
  • 第5章 结论与展望
  • 5.1 总结
  • 5.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读学位期间公开发表论文
  • 致谢
  • 研究生履历

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