基于EHGO的非最小相位非线性系统调节控制研究
发布时间：2021-06-05 13:23
非最小相位非线性系统是指具有不稳定零动态或内部动态的非线性系统,广泛存在于实际工业生产过程中。因为不稳定零动态的影响,该系统不存在因果稳定的逆,从而限制了许多常规非线性控制方法（如反演控制、滑模控制等）的直接应用。实际上,非最小相位非线性系统的控制一直是控制理论与工程应用中具有挑战性的课题之一,引起了众多学者的广泛关注。但随着现代工业技术的不断发展,非最小相位系统本身变得越来越复杂,如系统模型更具不确定性、系统遭受未知的外部干扰、系统状态未知等,这些特点对控制器的设计提出了更高的要求,现有方法难以满足。因此,针对该类非最小相位非线性系统展开研究具有非常重大的理论与实际意义。本论文基于扩展的高增益观测器（EHGO）,并结合慢积分控制和高增益反馈控制方法,针对非最小相位非线性系统的输出调节问题展开了研究。主要研究工作和贡献总结如下:研究了一类带有未知常值干扰的不确定最小相位非线性系统的输出调节问题。首先,通过合理构造辅助系统,并设计相应的辅助控制器使其稳定,然后结合辅助闭环系统,针对原系统设计高增益反馈控制器,不但使得原系统在平衡点处指数稳定,还保证系统性能能够恢复到辅助闭环系统的水平。同...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
辅助系统的性能恢复：实线-辅助系统响应；虚线或点划线-高增益系统响应（无积分器）
图 3.2 高增益系统响应：实线-高增益系统响应（无积分器， 0）；虚线、点线或者点划线-高增益系统响应（有积分器）Fig. 3.2 Performance recovery of the auxiliary system: solid line—auxiliary system; dashed, dottedor dash-dotted line—high gain feedback (HGFB) system without slow integrator对系统进行仿真。仿真结果如图 3.1 所示，从中可以观察到：当 越小时，该控制器作用下的系统性能越接近辅助系统的性能，但调节误差 e t 收敛到一个非零的常值，这是因为系统未加入积分环节（当然，如果 0，该控制器能够确保 指数收敛到0，有兴趣的读者朋友可以自行验证）。随后，将 设定为0.001，我们在控制器中加入积分环节，并通过调节参数 的值，来验证控制器(3.37)的性能。仿真结果如图 3.2 所示：a) 当 0，即不加积分环节时，控制器(3.37)不能实现指数调节，因为1 收敛到一个非零常值（这点在图 3.1 也可有分析）；b) 当加入积分环节后， 确实指数收敛到零；c) 随着 的值减小，积分控制能够恢复高增益控制器作用下时，系统在上升阶段（Rising Phase）的性能，但这是以延长系统的稳定时间（Settling Time）为代价的。
其他控制器参数的值不变，即同状态反馈时一样。仿真结果如图3.3 所示，从中可以看到：当减小 时，状态反馈下的系统性能得到逐步地恢复。实际上，当4 =10 时，状态反馈控制作用下的系统性能同输出反馈控制作用下的系统性能基本上无法区别。图 3.3 状态反馈系统的性能恢复：虚线或点线—输出反馈控制；实线—状态反馈控制Fig. 3.3 Performance recovery of state feedback system: dashed or dotted line—output feedbackcontrol; solid line—state feedback control
【参考文献】：
期刊论文
[1]近空间高超声速飞行器控制的几个科学问题研究[J]. 孙长银,穆朝絮,余瑶. 自动化学报. 2013(11)
[2]水轮机调节系统非线性扰动解耦控制[J]. 方红庆,沈祖诒,吴恺. 中国电机工程学报. 2004(03)
[3]不稳定对象及非最小相位对象的自抗扰控制仿真研究[J]. 刘翔,李东海,姜学智,胡雪蛟. 控制与决策. 2001(04)
本文编号：3212249
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
辅助系统的性能恢复：实线-辅助系统响应；虚线或点划线-高增益系统响应（无积分器）
图 3.2 高增益系统响应：实线-高增益系统响应（无积分器， 0）；虚线、点线或者点划线-高增益系统响应（有积分器）Fig. 3.2 Performance recovery of the auxiliary system: solid line—auxiliary system; dashed, dottedor dash-dotted line—high gain feedback (HGFB) system without slow integrator对系统进行仿真。仿真结果如图 3.1 所示，从中可以观察到：当 越小时，该控制器作用下的系统性能越接近辅助系统的性能，但调节误差 e t 收敛到一个非零的常值，这是因为系统未加入积分环节（当然，如果 0，该控制器能够确保 指数收敛到0，有兴趣的读者朋友可以自行验证）。随后，将 设定为0.001，我们在控制器中加入积分环节，并通过调节参数 的值，来验证控制器(3.37)的性能。仿真结果如图 3.2 所示：a) 当 0，即不加积分环节时，控制器(3.37)不能实现指数调节，因为1 收敛到一个非零常值（这点在图 3.1 也可有分析）；b) 当加入积分环节后， 确实指数收敛到零；c) 随着 的值减小，积分控制能够恢复高增益控制器作用下时，系统在上升阶段（Rising Phase）的性能，但这是以延长系统的稳定时间（Settling Time）为代价的。
其他控制器参数的值不变，即同状态反馈时一样。仿真结果如图3.3 所示，从中可以看到：当减小 时，状态反馈下的系统性能得到逐步地恢复。实际上，当4 =10 时，状态反馈控制作用下的系统性能同输出反馈控制作用下的系统性能基本上无法区别。图 3.3 状态反馈系统的性能恢复：虚线或点线—输出反馈控制；实线—状态反馈控制Fig. 3.3 Performance recovery of state feedback system: dashed or dotted line—output feedbackcontrol; solid line—state feedback control
【参考文献】：
期刊论文
[1]近空间高超声速飞行器控制的几个科学问题研究[J]. 孙长银,穆朝絮,余瑶. 自动化学报. 2013(11)
[2]水轮机调节系统非线性扰动解耦控制[J]. 方红庆,沈祖诒,吴恺. 中国电机工程学报. 2004(03)
[3]不稳定对象及非最小相位对象的自抗扰控制仿真研究[J]. 刘翔,李东海,姜学智,胡雪蛟. 控制与决策. 2001(04)
本文编号：3212249
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