时滞系统的控制方法及应用研究

发布时间：2017-08-06 21:22

  本文关键词：时滞系统的控制方法及应用研究

  更多相关文章： 时滞系统 网络控制系统 主动悬挂系统 内模原理 最优控制 减振控制 镇定 观测器 稳定性 无时滞转换法 逐次逼近法

【摘要】：严格地说,控制系统中时滞是普遍存在的。由于时滞往往会引起控制系统性能的下降,所以时滞系统一直是人们研究的热点。又由于时滞系统在理论上是无穷维系统,所以时滞系统的分析和控制问题是非常困难的解决的研究课题。本文主要研究时滞系统的控制方法以及控制方法的应用问题。本文的主要研究内容和创新点概况如下：1.讨论如何充分利用已知的输入特征信息,寻求带有扰动的网络控制系统有效的控制方法。文中利用扰动的先验知识,提出一种准内模原理以及利用准内模原理设计控制律的方法。该方法将控制器的设计分为准内模补偿器设计和镇定控制器设计两部分。准内模补偿器保证闭环系统的控制精度。镇定控制器确保了闭环系统的稳定性、鲁棒性和其它性能指标。通过将这种方法应用于网络控制系统和车辆主动悬挂系统验证了准内模控制方法的有效性。2.研究随机扰动下的具有输入时滞系统的控制问题,提出了一种时滞系统的无时滞转换法。以车辆的主动悬挂系统为例,研究了具有输入时滞的车辆主动悬挂系统在随机路面扰动下的减振控制器设计问题。首先建立了系统的数学模型,并且根据车辆主动悬挂系统的特点,从实用性的角度出发简化了悬挂系统的数学模型。然后利用无时滞转换法,将具有输入时滞的主动悬挂系统转换为形式上不含时滞的系统。利用转换后的无时滞系统,实现了具有输入时滞的主动悬挂系统减振控制器的设计。最后从控制器的成本和易实现性考虑,通过构造状态观测器,设计了一种具有记忆和积分特性的车辆主动悬挂系统的减振控制策略。3.提出了一种外部扰动下时滞系统最优跟踪控制的逐次逼近设计方法,避免了求解由时滞系统最优控制器设计导致的含有时滞和超前项的两点边值问题的困难。首先构造了状态方程序列和伴随向量微分方程序列,并证明了状态方程序列和伴随向量微分方程序列的收敛性,保证了最优控制律的存在唯一性。然后由状态方程序列和伴随向量微分方程序列的有限次迭代,得到了最优跟踪控制律的近似解。最后通过设计扰动状态观测器和参考输入状态观测器解决了最优跟踪控制律的物理不可实现问题。以一个工业电加热器的实例验证了所提出方法的有效性。4.提出了利用时滞正反馈比例律镇定开环具有振动的不稳定的二阶线性系统的方法。首先利用Nyquist稳定性判据证明了利用时滞的正反馈比例控制律可以镇定开环具有振动的不稳定的二阶线性系统的充分必要条件。然后根据稳定性条件,用图形化的方式给出了时滞二阶线性系统的时滞无关稳定域、时滞相关稳定域和不稳定域。最后给出了可以保证闭环系统具有一定的稳定裕度的时滞的正反馈比例控制器的设计算法。
【关键词】：时滞系统 网络控制系统 主动悬挂系统 内模原理 最优控制 减振控制 镇定 观测器 稳定性 无时滞转换法 逐次逼近法
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP13
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 内模原理13-15
• 1.2.2 主动悬挂系统的减振控制问题15-16
• 1.2.3 时滞系统最优控制问题16-17
• 1.2.4 利用时滞正反馈比例控制器的镇定问题17-18
• 1.3 本文的研究内容18-20
• 2 准内模原理及应用20-50
• 2.1 准内模原理20-29
• 2.2 基于准内模原理的网络控制系统控制器设计29-38
• 2.2.1 网络控制系统的控制器设计29-33
• 2.2.2 仿真实例33-38
• 2.3 基于准内模原理的车辆悬挂系统振动控制38-48
• 2.3.1 系统建模39-41
• 2.3.2 路面扰动分析41-44
• 2.3.3 准内模控制律设计44-46
• 2.3.4 仿真实例46-48
• 2.4 本章小结48-50
• 3 时滞系统的无时滞转换法及应用50-67
• 3.1 具有输入时滞的系统无时滞转换法50-52
• 3.2 具有输入时滞的系统减振控制52-66
• 3.2.1 系统建模53-56
• 3.2.2 状态反馈控制律的设计56-57
• 3.2.3 减振控制律的物理实现问题57-60
• 3.2.4 仿真实例60-66
• 3.3 本章小结66-67
• 4 时滞系统最优跟踪控制的近似设计方法67-86
• 4.1 问题提出67-69
• 4.2 最优跟踪控制律逐次逼近设计69-76
• 4.3 最优控制律的物理可实现问题76-79
• 4.4 仿真实例79-85
• 4.5 本章小结85-86
• 5 利用时滞的正作用设计控制器的方法86-101
• 5.1 问题提出86-87
• 5.2 时滞正反馈比例控制律的稳定条件87-90
• 5.3 时滞正反馈比例控制律的设计90-92
• 5.3.1 k的稳定域90-92
• 5.3.2 τ的稳定域92
• 5.4 控制器设计92-93
• 5.5 仿真实例93-100
• 5.6 本章小结100-101
• 6 总结与展望101-103
• 参考文献103-114
• 致谢114-115
• 个人简历115-116
• 在学期间发表的学术论文与研究成果116

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本文编号：631505