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东南大学学报（自然科学版） 2023年第4期53卷 692-701页

作者：袁婕费树岷东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室南京210096 东南大学自动化学院南京210096

为解决控制器设计中是否需要对执行器速率饱和影响进行补偿的问题,针对速率饱和现象对控制性能的影响进行了定量分析.基于频域时间尺度变换特性,提出了一阶惯性时延被控对象所在闭环系统在执行器速率饱和下的参数归一化方法,将可变参数... 详细信息

为解决控制器设计中是否需要对执行器速率饱和影响进行补偿的问题,针对速率饱和现象对控制性能的影响进行了定量分析.基于频域时间尺度变换特性,提出了一阶惯性时延被控对象所在闭环系统在执行器速率饱和下的参数归一化方法,将可变参数由4个简化为1个.采用近似最大灵敏度约束积分增益优化(AMIGO)和Skogestad内模控制(SIMC)2种比例积分微分(PID)整定方法来设计控制器参数.经过仿真和逆归一化处理,得到了在恒定系统超调下执行器临界速率饱和值与系统参数之间的数学模型.分析结果表明:AMIGO-PID和SIMC-PI控制器对应的数学模型的平均精度分别为13.89%和2.17%;在相同系统最大超调下,相较于AMIGO-PID控制器,SMIC-PI控制器对执行器的动作速率要求更低,说明SIMC-PI控制器对于执行器的速率饱和影响具有一定的缓和作用;当实际执行器速率饱和值小于模型估计值时,应对速率饱和的影响进行补偿,反之可忽略其影响以节约设计成本.

关键词：执行器速率饱和一阶惯性时延系统性能评估非线性饱和归一化

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执行器速率饱和下系统的抗干扰控制研究与应用

执行器速率饱和下系统的抗干扰控制研究与应用

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作者：胡海坤西安电子科技大学

学位级别：硕士

执行器饱和问题广泛存在于工业控制当中,其饱和特性包括幅值饱和与速率饱和。幅值饱和问题受到了工程人员广泛的关注,而速率饱和问题却被忽视。在工业控制中,执行器速率饱和会导致振幅衰减和相位延迟,从而严重制约了控制器性能的提升。... 详细信息

执行器饱和问题广泛存在于工业控制当中,其饱和特性包括幅值饱和与速率饱和。幅值饱和问题受到了工程人员广泛的关注,而速率饱和问题却被忽视。在工业控制中,执行器速率饱和会导致振幅衰减和相位延迟,从而严重制约了控制器性能的提升。此外,在对实际系统设计控制方案时,干扰是必须要考虑的因素。因此,从工程应用的角度出发,本文围绕一类含执行器速率饱和的一阶惯性时滞系统,开展了抗干扰控制器的研究工作。本文的主要工作介绍如下:(1)针对一类含执行器速率饱和的一阶惯性时延系统,本文通过研究了不同输入速率下,速率饱和器的输出特性,设计了基于趋近律的积分滑模控制,并利用反馈速率饱和补偿结构,补偿速率饱和器产生的幅值衰减与相位滞后。为了消除由于干扰和时滞因素造成的系统抖振,根据滑模控制器特性,采用饱和函数代替了符号函数;设计干扰观测器对系统干扰进行补偿;采用Smith预估器消除了系统时滞的影响。根据Lyapunov稳定性证明,分析了滑模控制器参数整定的范围。最后,通过鲁棒性分析以及仿真对比,验证了该复合控制方案在控制这类系统上的优越性。(2)基于模型辅助自抗扰控制器(Generalized Active Disturbance Rejection Control,GADRC)理论,本文根据速率饱和器的输出特性和系统的时滞特性,在理解扩张状态观测器的基础上,提出了一种改进的GARDC控制方案。根据带宽法对控制器参数进行整定,并给出了控制结构的设计步骤。通过大量的仿真与对比实验,表明了该方案在不确定的速率饱和值以及系统参数下,相比于其他控制方案,其控制效果最为稳定。(3)为了算法进一步的开发与测试,搭建了三机联合仿真的算法测试平台。本文利用Lab VIEW共享变量技术,通过在一台上位机上设计了人机交互界面,在另一台上位机上开发了模拟系统,在IC-3173控制器上,开发了两种控制方案的程序,模拟了实际测控系统运行时的通讯结构。测试平台的搭建不仅缩短了算法测试时间而且提高了系统维护的安全性。此外,在搭建的测试平台上验证了两种方案的控制效果。本文对上述研究内容以及研究意义进行总结。通过分别对解决抗干扰、执行器速率饱和以及时滞问题的相关控制理论的研究,从工业控制的实用性出发,对解决含执行器速率饱和的一阶惯性时延系统控制问题进行了探讨。设计的控制方案以及搭建的仿真测试平台对于解决这类工业系统的控制问题具有一定的借鉴意义。

关键词：执行器速率饱和模型辅助自抗扰控制器滑模控制 Smith预估器反馈速率饱和补偿结构 LabVIEW

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