受持續(xù)擾動(dòng)的非線性時(shí)滯系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制研究.pdf

1、工程控制系統(tǒng)通常都會(huì)受外部擾動(dòng)的影響，例如，船舶航向控制系統(tǒng)和海洋平臺(tái)振動(dòng)控制系統(tǒng)受風(fēng)、浪等外界干擾的作用；電力系統(tǒng)的負(fù)載變化；飛機(jī)姿態(tài)控制系統(tǒng)受風(fēng)剪應(yīng)力的影響以及工業(yè)機(jī)械的機(jī)構(gòu)振動(dòng)等。外部擾動(dòng)不僅能使系統(tǒng)的工作點(diǎn)發(fā)生漂移，還會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能變差，因此抑制或消除擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響具有重要意義。 隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代工業(yè)對(duì)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(shí)際需要，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)實(shí)

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(dāng)前控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 在工業(yè)過程控制、生物系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制等系統(tǒng)中，普遍存在著時(shí)滯現(xiàn)象，研究對(duì)象的固有時(shí)滯造成了系統(tǒng)性能下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(dòng)作用的非線性時(shí)滯系統(tǒng)，由于系統(tǒng)本身和控制器設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，目前該領(lǐng)域的研究成果相對(duì)較少，尚有許多問題亟待

3、解決。因此研究非線性時(shí)滯系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制問題具有重要的理論和實(shí)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(chǔ)上，對(duì)受持續(xù)擾動(dòng)作用的非線性時(shí)滯系統(tǒng)的擾動(dòng)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(duì)經(jīng)典無靜差控制及基于內(nèi)模原理的無靜差控制的實(shí)現(xiàn)機(jī)理進(jìn)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(shí)滯系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制問題。根據(jù)所受擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性，首先利用

4、內(nèi)模原理設(shè)計(jì)擾動(dòng)伺服補(bǔ)償器，并將其與被控系統(tǒng)串聯(lián)成一增廣系統(tǒng)。該補(bǔ)償器只與擾動(dòng)的不穩(wěn)定模型有關(guān)而與受控系統(tǒng)的模型無關(guān)，而且擾動(dòng)不需要滿足秩的匹配條件。然后，通過設(shè)計(jì)增廣系統(tǒng)不受擾動(dòng)作用時(shí)的最優(yōu)控制律得到系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制控制律。通過引入一個(gè)與時(shí)間無關(guān)的靈敏度參數(shù)ε，并將各變量圍繞ε在原點(diǎn)處展開Maclaurin級(jí)數(shù)，將時(shí)滯系統(tǒng)最優(yōu)控制問題導(dǎo)致的含時(shí)滯項(xiàng)及含超前項(xiàng)的兩點(diǎn)邊值問題(Two-Point BoundaryValue，TPBV)問題，

5、轉(zhuǎn)化為無時(shí)滯及超前項(xiàng)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(dòng)，實(shí)現(xiàn)無靜差輸出調(diào)節(jié)。 3．研究受擾線性時(shí)滯大系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制問題?；趦?nèi)模原理和靈敏度法，分別討論擾動(dòng)伺服補(bǔ)償器設(shè)計(jì)，含時(shí)滯項(xiàng)及超前項(xiàng)的耦合TPBV問題的近似求解，以及控制器的設(shè)計(jì)。 4．研究一類受擾非線性系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制問題。首先將擾動(dòng)內(nèi)模復(fù)制到閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋通道中以抵消擾動(dòng)對(duì)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(biāo)的最優(yōu)控制問題所導(dǎo)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(duì)向量方程進(jìn)行迭代，計(jì)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(xiàng)、內(nèi)模補(bǔ)償項(xiàng)以及伴隨向量的級(jí)數(shù)和形式的補(bǔ)償項(xiàng)組成，其中狀態(tài)反饋項(xiàng)用以鎮(zhèn)定控制系統(tǒng)，內(nèi)模補(bǔ)償項(xiàng)用以抵消擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響，伴隨向量的級(jí)數(shù)和形式的補(bǔ)償項(xiàng)則用以補(bǔ)償非線性項(xiàng)對(duì)系統(tǒng)的影響，并以數(shù)例進(jìn)行仿真研究。

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