輸入時滯采樣系統(tǒng)的魯棒輸出反饋控制設計與批次運行優(yōu)化.pdf

1、實際工業(yè)生產過程操作中普遍存在輸入或者輸出時滯現(xiàn)象，如物料傳送、能量交換、信號處理等，如果在控制設計中不考慮時滯的影響，閉環(huán)系統(tǒng)的性能將受到嚴重影響，甚至可能會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。此外，在實際生產過程運行中，常常伴隨著各種各樣的負載干擾，如何消除或抑制負載干擾是控制系統(tǒng)設計和性能優(yōu)化需要解決的一個重要問題。盡管已有很多文獻給出了時滯系統(tǒng)的控制設計方法，尤其是針對含有狀態(tài)時滯的系統(tǒng)，但是針對帶有輸入時滯和時變不確定性的系統(tǒng)，仍有很多問題有待于

2、解決，如魯棒預測反饋控制設計，抗擾控制設計等。本文針對具有輸入時滯的采樣系統(tǒng)，研究僅基于輸出測量的魯棒控制設計方法。主要研究內容和創(chuàng)新點包括:
　　提出了一個基于狀態(tài)觀測器的抗擾控制設計方法。首先通過構建一個擴張狀態(tài)觀測器(extended state observer,縮寫ESO)來同時估計系統(tǒng)的狀態(tài)和負載干擾，然后根據(jù)估計出的系統(tǒng)狀態(tài)和負載干擾設計一個基于濾波狀態(tài)預測器的復合控制器來克服輸入時滯和負載干擾的不利影響，從而改善系

3、統(tǒng)的抗擾性能。對于形如正弦信號類型的時變性負載干擾，定量地分析了基于ESO的兩種抗擾控制設計方法（即狀態(tài)預測反饋和基于干擾補償?shù)念A測反饋控制）的系統(tǒng)輸出誤差界。
　　針對一類具有輸入時滯和時變不確定性的采樣系統(tǒng)，提出了一個新穎的預測器設計方法，稱之為基于觀測器的狀態(tài)和擾動預測器(state and disturbance observer-predictor，縮寫SDOP)，來同時預測系統(tǒng)狀態(tài)和負載干擾。對于大時滯系統(tǒng)，進一步將S

4、DOP擴展為序列SDOP(sequential SDOPs，縮寫SSDOPs)，令SSDOPs中的每一個順序預測器只預測一個規(guī)定步長的系統(tǒng)狀態(tài)和負載干擾，從而能有效地克服大時滯的不利影響。基于SDOP(或者SSDOPs)，設計閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，能顯著提高系統(tǒng)抗擾性能，并且分析了閉環(huán)系統(tǒng)保證魯棒穩(wěn)定性的充分條件。
　　提出了一個基于無時滯輸出預測的魯棒抗擾控制方法。采用濾波Smith預測器與ESO相結合來估計無時滯的系統(tǒng)狀態(tài)和負載干

5、擾，通過指定期望的ESO特征根和閉環(huán)系統(tǒng)極點，提出了一個設計ESO和控制器的方法，從而可以求解出ESO增益向量和預測控制器的解析形式。將所提出的方法應用到一個4升反應釜的溫度控制系統(tǒng)，實驗結果驗證了所提出的方法的有效性和優(yōu)點。
　　針對帶有輸入時滯和時變不確定性的批次生產系統(tǒng)，提出了一個基于二維(two-dimension，縮寫2D)系統(tǒng)描述的魯棒輸出反饋迭代學習控制(iterative learning control，縮寫IL