四容水箱的自抗扰控制器设计

【摘要】：本文研究了四容水箱实验装置自抗扰控制器(ADRC)的设计问题。首先介绍了自抗扰控制器的控制结构、各组成部分及其工作原理,并利用Matlab/Simulink的S-Function工具开发了ADRC模型库,实现了ADRC的各个组成部分(包括过渡过程TD、状态误差反馈SEF、扩张状态观测器ESO等)的模块化,可以方便地进行自抗扰控制器的仿真研究,同时通过大量仿真实验,总结出一组单变量自抗扰控制器的参数整定规律。 搭建了网络化四容水箱控制系统实验装置,该实验装置利用OPC技术实现了与Matlab/Simulink的无缝连接,可以直接通过Simulink的组态对水箱对象进行实时控制。利用系统辨识得到了单容水箱、双容水箱和四容水箱被控对象的系统模型,并分别针对上述模型和实际对象进行了仿真研究和实时控制,研究结果表明,自抗扰控制器在仿真研究中具有很好的控制性能和跟踪能力以及优越的多变量解耦能力,而在实际的对象控制中,由于实际对象模型参数的时变性和不确定性、控制阀门的非线性以及ADRC对采样周期等参数的敏感性,需要进行比较多的的分析和调试工作,一旦取得合适的参数,也能取得不错的控制效果。 本文的研究对自抗扰控制器在过程控制领域的设计具有一定的参考作用和实用价值,有助于进一步推动自抗扰控制技术在工业生产过程中的实际应用。