受持續(xù)擾動的非線性時滯系統(tǒng)的擾動抑制研究.pdf

1、工程控制系統(tǒng)通常都會受外部擾動的影響，例如，船舶航向控制系統(tǒng)和海洋平臺振動控制系統(tǒng)受風、浪等外界干擾的作用；電力系統(tǒng)的負載變化；飛機姿態(tài)控制系統(tǒng)受風剪應力的影響以及工業(yè)機械的機構振動等。外部擾動不僅能使系統(tǒng)的工作點發(fā)生漂移，還會使系統(tǒng)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能變差，因此抑制或消除擾動對系統(tǒng)的影響具有重要意義。 隨著生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展以及現(xiàn)代工業(yè)對控制系統(tǒng)性能和精度要求的不斷提高，傳統(tǒng)的線性反饋控制已很難滿足各種實際需要，這是因為大多數(shù)實

2、際控制系統(tǒng)是非線性的。值得注意的是，非線性特性千差萬別，不可能找到一種普遍適用的方法來解決所有的非線性控制問題，所以非線性控制問題已成為當前控制領域的研究熱點。 在工業(yè)過程控制、生物系統(tǒng)和網(wǎng)絡控制等系統(tǒng)中，普遍存在著時滯現(xiàn)象，研究對象的固有時滯造成了系統(tǒng)性能下降，嚴重時會破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，給系統(tǒng)分析和綜合帶來很大困難。受持續(xù)擾動作用的非線性時滯系統(tǒng)，由于系統(tǒng)本身和控制器設計的復雜性，目前該領域的研究成果相對較少，尚有許多問題亟待

3、解決。因此研究非線性時滯系統(tǒng)的擾動抑制問題具有重要的理論和實際意義。 本文在系統(tǒng)綜述受擾系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎上，對受持續(xù)擾動作用的非線性時滯系統(tǒng)的擾動抑制問題展開了深入的研究。主要研究內(nèi)容概括如下： 1．闡述受擾控制系統(tǒng)的無靜差控制的基本概念，并對經(jīng)典無靜差控制及基于內(nèi)模原理的無靜差控制的實現(xiàn)機理進行頻域分析。 2．基于內(nèi)模原理和靈敏度法，研究受擾線性時滯系統(tǒng)的擾動抑制問題。根據(jù)所受擾動的動態(tài)特性，首先利用

4、內(nèi)模原理設計擾動伺服補償器，并將其與被控系統(tǒng)串聯(lián)成一增廣系統(tǒng)。該補償器只與擾動的不穩(wěn)定模型有關而與受控系統(tǒng)的模型無關，而且擾動不需要滿足秩的匹配條件。然后，通過設計增廣系統(tǒng)不受擾動作用時的最優(yōu)控制律得到系統(tǒng)的擾動抑制控制律。通過引入一個與時間無關的靈敏度參數(shù)ε，并將各變量圍繞ε在原點處展開Maclaurin級數(shù)，將時滯系統(tǒng)最優(yōu)控制問題導致的含時滯項及含超前項的兩點邊值問題(Two-Point BoundaryValue，TPBV)問題，

5、轉化為無時滯及超前項的線性齊次TPBV問題，求解該問題得到增廣系統(tǒng)的最優(yōu)控制律。仿真研究表明該方法能夠有效抑制擾動，實現(xiàn)無靜差輸出調(diào)節(jié)。 3．研究受擾線性時滯大系統(tǒng)的擾動抑制問題。基于內(nèi)模原理和靈敏度法，分別討論擾動伺服補償器設計，含時滯項及超前項的耦合TPBV問題的近似求解，以及控制器的設計。 4．研究一類受擾非線性系統(tǒng)的擾動抑制問題。首先將擾動內(nèi)模復制到閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋通道中以抵消擾動對系統(tǒng)的影響。然后基于靈敏度

6、法，將具有二次型性能指標的最優(yōu)控制問題所導致的非線性TPBV問題，化為線性TPBV問題族，求解該線性TPBV問題族得到近似最優(yōu)控制律。與其它近似算法相比，算法僅需對向量方程進行迭代，計算量小，算法收斂性好。得到的控制律由精確的狀態(tài)反饋項、內(nèi)模補償項以及伴隨向量的級數(shù)和形式的補償項組成，其中狀態(tài)反饋項用以鎮(zhèn)定控制系統(tǒng)，內(nèi)模補償項用以抵消擾動對系統(tǒng)的影響，伴隨向量的級數(shù)和形式的補償項則用以補償非線性項對系統(tǒng)的影響，并以數(shù)例進行仿真研究。

7、 5．研究一類受擾非線性時滯系統(tǒng)的擾動抑制問題。將上述方法推廣應用到非線性時滯系統(tǒng)。將時滯及非線性項視為系統(tǒng)的攝動，通過引入時滯和非線性補償向量，利用靈敏度法得到串聯(lián)系統(tǒng)的擾動抑制控制律。在無擾動作用時該控制律能使系統(tǒng)實現(xiàn)最優(yōu)控制，而有擾動作用時保證系統(tǒng)實現(xiàn)輸出對擾動的抑制。并通過仿真研究說明算法的有效性及時滯對系統(tǒng)的影響。 6．研究受風、浪等干擾的船舶航向控制問題。利用本文提出的擾動抑制方法對船舶航向控制問題進行仿真研究。