大滞后系统智能控制器的研究

论文摘要

回顾了控制理论的发展和历史,研究了控制理论的数学基础和传递函数的研究方法,阐述了控制系统传递函数模型,研究和分析了控制系统分析中应用的不同的特征检测信号。阐述了工业生产中常用的PID控制器的结构和传递函数表示。从时域和频域两方面研究了PID控制器对典型一阶、二阶系统和高阶系统的影响。提出了在高度非线性系统和时间滞后系统中PID控制器的局限性。比较了智能控制和传统控制的特点,并比较了智能控制和传统PID控制的优缺点。研究了模糊数学中与模糊控制相关的基本理论,研究了模糊控制系统的结构以及设计和分析方法。实例研究了模糊控制系统对高度非线性系统和时间滞后系统控制的有效性。推广了含有积分过程的时间滞后系统。提出了时间滞后指数项的精确近似方法,摆脱了传统频域设计中的局限。提出了二阶大时间滞后系统PID控制器参数调节的简单方法,证明了推广二阶时间滞后系统的PID参数调节方法的有效性,得到了调节PID参数的α参数。建立了模糊推理机对得到的α参数进行智能模糊调节,并与文献中的调节方法进行了比较,证明了智能调节方法的有效性,为大时间滞后系统的在线控制提供了条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 PID控制发展
• 1.2.2 模糊控制的发展
• 1.2.3 PID控制器参数调节
• 1.3 研究内容和方法
• 第二章 PID控制器研究
• 2.1 系统时间响应的性能指标
• 2.1.1 典型输入信号
• 2.1.2 动态过程和稳态过程
• 2.2 控制系统的频域分析
• 2.2.1 控制系统传递函数
• 2.2.2 拉普拉斯变换
• 2.2.3 拉普拉斯变换定理
• 2.2.4 传递函数及其性质
• 2.3 PID控制器
• 2.3.1 PID控制器结构
• 2.3.2 控制器设计原理
• 2.3.3 PD、PI、PID控制器的参数及其对控制系统的影响
• 第三章 模糊控制理论数学基础
• 3.1 模糊控制系统介绍
• 3.1.1 现代应用的进展
• 3.1.2 目前存在的主要问题
• 3.2 模糊控制数学基础
• 3.2.1 模糊集合
• 3.2.1.1 模糊概念
• 3.2.1.2 模糊集合
• 3.2.2 模糊集合的表示方法
• 3.2.3 模糊集合中的基本定义和运算性质
• 3.2.3.1 基本定义
• 3.2.3.2 基本运算
• 3.2.3.3 代数算法
• 3.2.3.4 运算性质
• 3.3 模糊关系
• 3.3.1 模糊关系的定义与表示方法
• 3.3.1.1 模糊关系定义
• 3.3.1.2 模糊关系的表示
• 第四章 模糊控制理论
• 4.1 模糊逻辑
• 4.2 模糊控制中知识表示
• 4.3 模糊控制系统与模糊控制器
• 4.3.1 模糊控制系统
• 4.3.2 模糊控制系统组成
• 4.3.3 模糊控制器的基本原理
• 4.4 模糊控制规则及控制算法
• 4.4.1 模糊控制的表示及特性
• 4.4.2 模糊控制规则的生成
• 4.4.3 模糊控制规则的优化
• 4.5 两种经典模糊控制模型
• 4.5.1 Mamdani模型
• 4.5.2 TS模糊模型
• 第五章 时间滞后系统PID控制参数调节的研究
• 5.1 经典问题的研究
• 5.2 问题描述
• 5.3 时间滞后系统PID控制问题描述
• 5.3.1 时间滞后指数项的近似
• 5.3.2 控制系统的描述
• 5.3.3 控制器性能验证
• 5.4 模糊控制设计
• 5.4.1 PID参数调节
• 5.4.2 模糊调节系统
• 5.5 仿真结果
• 5.5.1 模型验证和控制性能比较
• 5.5.2 PID参数曲面
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢