论文部分内容阅读
在过程控制、流体控制、以及网络化控制等系统中，普遍存在着时滞现象和未知动态干扰，其控制问题一直是控制领域研究的热点话题。时滞和未知干扰往往是制约系统性能的主要因素，这些不确定因素通常会严重影响系统的响应速度和控制精度。因此，对于在系统中含有未知扰动、时滞等现象的研究在现阶段有十分重要的意义和价值。
自抗扰控制器(ADRC)作为一种新型控制器，具有较强的稳定性和鲁棒性，通过引入扩张状态观测器，实现对扰动的实时观测与补偿，进而使系统具有了很强的抗干扰能力。因为其同时具有PID的优点和性能，又有不依赖精确的数学模型的特点深受研究者青睐。因此探究如何在时滞系统中应用自抗扰控制思想，让其发挥抗扰和减小时滞的影响有重要研究价值，针对这些问题本文做了如下工作：
(1)介绍自抗扰控制的研究进展和发展过程。相比PID而言ADRC在抗干扰和鲁棒性能上优势更明显，但考虑到自抗扰控制器需调节的参数多的问题，对观测器和控制器的参数整定提出了新的调节方案，在假设调节时间的前提下，仅需要调节一个控制参数便可对控制器参数进行整定。分析了自抗扰控制方案可使用的数学模型的数学特征，不仅仅局限于匹配的不确定系统中，进一步增加算法的可用范围。
(2)设计改进型切换观测器。为追求更高的控制精度和观测能力，在线性观测器和非线性观测器各自的特点上对两者的优势取长补短，提出通过线性/非线性观测器来观测系统状态的方案，通过时域分析方法对观测器的稳定性进行证明后利用反步法策略结合自抗扰思想设计控制器，并通过数值仿真进一步验证了改进型观测器相比传统观测器突出的性能。
(3)设计了基于扩张状态观测器的改进型误差反馈控制方案。在保证不牺牲控制性能的前提下进一步简化了控制方案，通过对给定不同类型温度信号进行动态仿真，结果表明算法可以实现对温度信号的精确快速跟踪。同时将效果和传统的自抗扰控制方案和PID控制对比，得出基于误差的算法系统显著提升了响应速度、超调小、稳定性更好，另外跟踪动态信号测试结果表明，该控制方法在被控系统设定值和有不确定外扰时可达到更好的控制效果。
自抗扰控制器(ADRC)作为一种新型控制器，具有较强的稳定性和鲁棒性，通过引入扩张状态观测器，实现对扰动的实时观测与补偿，进而使系统具有了很强的抗干扰能力。因为其同时具有PID的优点和性能，又有不依赖精确的数学模型的特点深受研究者青睐。因此探究如何在时滞系统中应用自抗扰控制思想，让其发挥抗扰和减小时滞的影响有重要研究价值，针对这些问题本文做了如下工作：
(1)介绍自抗扰控制的研究进展和发展过程。相比PID而言ADRC在抗干扰和鲁棒性能上优势更明显，但考虑到自抗扰控制器需调节的参数多的问题，对观测器和控制器的参数整定提出了新的调节方案，在假设调节时间的前提下，仅需要调节一个控制参数便可对控制器参数进行整定。分析了自抗扰控制方案可使用的数学模型的数学特征，不仅仅局限于匹配的不确定系统中，进一步增加算法的可用范围。
(2)设计改进型切换观测器。为追求更高的控制精度和观测能力，在线性观测器和非线性观测器各自的特点上对两者的优势取长补短，提出通过线性/非线性观测器来观测系统状态的方案，通过时域分析方法对观测器的稳定性进行证明后利用反步法策略结合自抗扰思想设计控制器，并通过数值仿真进一步验证了改进型观测器相比传统观测器突出的性能。
(3)设计了基于扩张状态观测器的改进型误差反馈控制方案。在保证不牺牲控制性能的前提下进一步简化了控制方案，通过对给定不同类型温度信号进行动态仿真，结果表明算法可以实现对温度信号的精确快速跟踪。同时将效果和传统的自抗扰控制方案和PID控制对比，得出基于误差的算法系统显著提升了响应速度、超调小、稳定性更好，另外跟踪动态信号测试结果表明，该控制方法在被控系统设定值和有不确定外扰时可达到更好的控制效果。