干扰环境下固定结构控制器参数区域搜索方法研究

发布时间：2020-09-02 12:36

　　在化工工业的实际现场生产当中,系统不可避免会受到各种来自外界和内部的干扰。在这种扰动环境下,人们期望过程系统在保证稳定的前提下,能够满足一定的工艺要求。本文重点研究了在干扰环境下仍能够满足多目标约束的控制器设计问题,其具体内容如下:1、针对干扰环境的问题下,本文提出利用一种信号扰动比的指标,直接对控制器参数的约束来得到具有一定抗扰动性能的控制器。该方法不需要得知扰动的形式,因此对于未知干扰具有良好的抑制作用。2、基于D-decomposition方法,本文提出干扰环境下满足多目标约束的控制器参数整定方法——控制器参数区域搜索方法。本方法解决了不同域下的指标难以共同讨论的问题,并利用图解法的简单直观的特点,直接得到全部满足工艺要求的控制器参数。比起解析法直接对性能指标构建的目标函数进行优化,该方法计算量大幅减小,解决了解析法可能无法得到解析解的难题,因此更容易应用于工业现场实际生产中。3、由于多变量系统中时滞、耦合的存在,多变量系统在分析其稳定性能及控制性能方面都较单变量系统更加复杂,常常难以达到工艺性能要求。针对以上问题,本文采取了基于等价传递函数的方法来对多变量系统进行解耦器的设计。接着本文着重研究了系统内部扰动对控制性能带来的影响,利用上述提出的控制器参数整定方法,对带有解耦器的广义对象来对配对回路分别进行控制器参数区域搜索,找到满足工艺要求的控制器参数。仿真结果表明,该方法得到的控制器参数不仅能使系统满足期望的性能,还能从一定程度上包容多变量耦合带来的扰动。
【学位单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP273
【部分图文】：

单位反馈,控制结构,时滞对象,二阶

经典单回路反馈结构中，该控制系统的闭环传递函数，即前向通道传递可以表示为：逡逑卜Ｃ（种）逡逑ｒ（邋）邋ｌ＋Ｃ（ｉ）Ｇ⑷逦扰动通道传递函数７；逦可以表示为：逡逑ｒ“Ｓ）－ｌ邋＋邋Ｃ（ｊ）Ｇ邋⑷逦（对化工实际生产过程中有多类模型对象，在控制领域中，我们主要将其类：逡逑一阶时滞对象：Ｇ｛ｓ、＝邋＾－＇ｅ＿ｓＬ逦（Ｔｓ邋＋邋＼逡逑二阶时滞对象：Ｇ（ｓ）＝邋－￣＾＿－－ｒｅ－ｓＬ逦（ＴｊＳ邋＋Ｊ２ｓ邋＋邋ｌ逡逑二阶时滞带不稳定零点对象：＜７（＾）＝逦ｅ￣ｓＬ逦（ｖ邋；邋Ｔｓ２＋ｓ邋＋邋Ｋ逡逑二阶时滞带不稳定极点对象：Ｇ（５）邋＝邋＾１＿ｓ＾７：ｙ邋＋邋１＾邋＞Ｌ逦（。逡逑

奈奎斯特曲线,稳定性分析

奈奎斯特曲线方法对于判断高阶、复杂的控制系统的稳定性是十分有效的。逡逑２．４基于参数空间的Ｄ－ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ方法逡逑Ｄ－ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ的基本思想是，通过将整个参数空间划分成许多个特征根不变逡逑的区域的方法，来对一个闭环系统的特征方程进行重组。比如说，将参数空间划分逡逑为拥有稳定特征根部分及拥有不稳定特征根部分的两个区域。这种划分是通过在参逡逑数空间中绘制虚轴，比如说复平面中的稳定边界。有控制器增益形成的参数空间能逡逑够被Ｄ－ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ的界线划分成区域，由来表示，这象征着拥有／；个在正逡逑实轴的特征根的多项式。逡逑图２－３展示了在一个控制器参数尺中的Ｄ－ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ曲线的典型形式。为了逡逑确定拥有正实部的特征根的数量，也就是闭环系统的极点数量，Ｄ－ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ曲逡逑线在一个控制器参数空间中由阴影标出。边界被阴影标出的部分是由下面简单的法逡逑则规定的，也就是沿着边界的阴影左边部分随着频率ｕ增大而增大，反之亦然。任逡逑何一个区域里含有正实部的特征根的数量都能够由任何常规方法确定，那么相对应逡逑

稳定性分析

Ｄ－ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ的思想，我们可以在二维参数空间中进行稳定区域的对ＰＩＤ控制器这种三个参数的控制器，我们可以通过固定一个控制外两个控制器参数，从而找到使闭环系统稳定的控制器参数的方法。馈控制机构中，若控制器参数为负值，则该系统变为一个正反馈系的稳定性。因此在参数空间中，我们仅讨论第一象限的控制参数部器参数均为正实数，只有且仅有为正实数的控制其参数在化工过程意义的。接下来针对不同对象来介绍稳定边界区域划分的方法。逡逑）邋ＰＩ控制器的稳定域分析逡逑对象为一阶加纯滞后（ＦＯＰＤＴ）模型：逡逑Ｇ｛ｓ）－Ｊ＾ｅ￣ＳＬ逦（，尺为静态增益，ｒ为时间常数，ｌ为时滞。通常，该对象可用比行控制。假设Ｃ＆；）为ｐｉ控制器：逡逑Ｃ（ｓ）邋＝邋Ｋｐ＋＾＾Ｋ＾－＋ＫＪ－逦（Ｓ逦Ｓ逡逑。，Ａ分别为ＰＩ控制器的比例与积分增益。逡逑

【参考文献】