分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究.pdf

1、分?jǐn)?shù)階微積分理論是任意階積分和微分的理論。隨著分?jǐn)?shù)階微積分理論研究的不斷發(fā)展，分?jǐn)?shù)階微積分理論在控制領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸成為研究熱點(diǎn)，其中，分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器的提出是分?jǐn)?shù)階微積分理論在控制領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)里程碑。將分?jǐn)?shù)階微積分引入到傳統(tǒng)PID控制器就得到了分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器，即將傳統(tǒng)PID控制器的整數(shù)階微積分環(huán)節(jié)變?yōu)榉謹(jǐn)?shù)階微積分，分?jǐn)?shù)階次的引入使控制器結(jié)構(gòu)更加靈活，然而，分?jǐn)?shù)階微積分的引入使得分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜，

2、控制參數(shù)的增多也使得控制器的參數(shù)整定變得更加困難，同時(shí)，分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器在實(shí)際應(yīng)用中的性能也有待進(jìn)一步驗(yàn)證。針對(duì)以上問題，本文主要做了以下研究工作。
　　首先，介紹了分?jǐn)?shù)階微積分的基本概念和分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器的形式，并深入研究了分?jǐn)?shù)階微積分的多種近似方法以及分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法，包括時(shí)域近似法和Z域近似法;然后，研究了目前已有的分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器參數(shù)整定方法，包括極點(diǎn)階數(shù)搜索法、幅值與相位裕量法和優(yōu)化

3、方法，并實(shí)現(xiàn)了遺傳算法、粒子群算法和量子粒子群算法三種優(yōu)化方法，首次將量子粒子群優(yōu)化算法用于分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器的參數(shù)整定，比較了幾種優(yōu)化算法在分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器參數(shù)整定中的效果，結(jié)果表明，量子粒子群算法在分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器的參數(shù)整定中取得了更好的整定結(jié)果;同時(shí)，論文中針對(duì)不同類型被控系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)整數(shù)階PID控制器和分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器，比較了兩種控制器的控制性能，結(jié)果表明，針對(duì)不同類型被控系統(tǒng)分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器都具備比

4、整數(shù)階PID控制器更好的控制性能，在小范圍內(nèi)分別改變控制器參數(shù)和被控系統(tǒng)參數(shù)比較階躍響應(yīng)曲線，驗(yàn)證了分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器具有較強(qiáng)的魯棒性，同時(shí)分別改變分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器五個(gè)控制參數(shù)的值，研究各參數(shù)變化對(duì)控制器控制性能的影響;最后，在理論研究的基礎(chǔ)上，本文以高低溫試驗(yàn)箱為被控對(duì)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，用時(shí)域近似法數(shù)字實(shí)現(xiàn)了分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器，在相同的溫度設(shè)置和實(shí)驗(yàn)條件下，分別實(shí)現(xiàn)了用整數(shù)階PID控制器和分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器控制高低溫