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线性时滞系统频域控制的若干问题研究

张晴  
【摘要】: 时滞系统的控制是过程控制理论的核心问题之一。在过程控制中,控制对象大都具有时滞效应,而由于纯滞后的存在,使得常规的控制方法无法得到理想的控制效果。因此具有纯滞后的过程被公认为较难控制的过程。 采用系统传递函数分析线性时不变系统的频率域控制方法,具有直观易懂的特点。多年来,从频域控制的角度研究线性时滞系统已取得了许多的成果,这其中尤为突出的是连续域中的Smith预估器和离散域中的Dahlin算法。但它们又都存在众所周知的缺憾,这使后来的研究者们不断对原始算法加以改进,以期取得更好的控制效果。 实际工程中,一般要求采用结构简单、阶次不高、容易实现的控制器。本文从这一实际出发,针对线性时滞系统,在认真分析Smith预估器及其改进算法的基础上,研究了线性时滞系统的若干问题,主要内容如下: 1)从经典频域控制和预测控制等方面详细介绍了线性时滞系统控制的发展过程,着重介绍了频域控制中的Smith预估算法,及其多年来的发展和改进。 2)对具有时滞时变以及负载干扰等复杂特性的线性时滞系统,给出了两套不同的数字PID控制方案,实现抗负载干扰控制: a)采用IMC结构,通过数字双PI控制,在已知的闭环系统时滞时变范围内,对确定性负载干扰的影响实现无静差鲁棒控 11 浙江大学博士学位论文 制。 b)直接将输出信号经比例控制后,反馈至被控对象输入端,以 消除定值负载干扰的影响。其基本原理上相当于对负载干扰 信号加入了前馈控制。 3)对不稳定积分时滞过程提出了一种数字PID控制结构,通过一个 内部反馈回路对积分时滞过程进行预稳定控制,并给出了控制器 的设计算法。 4)研究了线性多变量多时滞系统的频域控制,在系统传递函数伴随 矩阵的基本原理上,引入可调整对角矩阵实现对系统的完全解 耦,并获得期望的解耦对象。和已往的Smith预估算法在多变量 系统中的扩展算法相比,它克服了模型与实际对象需要精确匹配 的要求,而且具有系统结构简单,解耦器及控制器设计方便的优。 点。 最后对全文进行了概括性总结,并指出了理论和应用上有待进一步 研究的方向。


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