【摘 要】
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本文考虑了两类含有传感器和执行器的分布参数系统,这两类系统同时具有时间演变特征与空间演变特征,能够更全面、更精确的描述自然界中所发生的现象以及工业生产中所遇到的控制系统,其具有广泛的应用背景。传感器与执行器具有低成本、低功耗、微型化、智能化、灵活性、鲁棒性等优点,因而研究含有传感器与执行器的分布参数系统具有重要的理论意义和应用价值。本文针对具有传感器/执行器的抛物型
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本文考虑了两类含有传感器和执行器的分布参数系统,这两类系统同时具有时间演变特征与空间演变特征,能够更全面、更精确的描述自然界中所发生的现象以及工业生产中所遇到的控制系统,其具有广泛的应用背景。传感器与执行器具有低成本、低功耗、微型化、智能化、灵活性、鲁棒性等优点,因而研究含有传感器与执行器的分布参数系统具有重要的理论意义和应用价值。本文针对具有传感器/执行器的抛物型和双曲型分布参数系统,采用了迭代学习控制算法研究系统的轨迹跟踪问题,在理论上严格的推导出系统输出误差的收敛性条件,并通过数值仿真验证了算法的有效性。然后,利用迭代学习控制理论,研究了一类具有传感器与执行器且含过程故障的分布参数系统的故障诊断问题。主要研究工作如下:1.针对具有传感器与执行器的线性抛物型分布参数系统的轨迹跟踪问题,设计两种迭代学习控制算法。利用Bellman-Gronwall不等式、L_2-范数以及压缩映射原理等数学工具,在理论上对具有传感器/执行器的线性抛物型分布参数系统的输出跟踪误差进行了严格的收敛性分析。最后通过数值仿真,验证了上述算法的有效性。2.针对一类含有未知输入干扰与量测噪声且具有传感器/执行器的非线性抛物型分布参数系统的轨迹跟踪问题,采用D型迭代学习控制算法对系统输出误差进行收敛性分析。然后,利用Fisher方程及工业化学反应器中催化棒温度变化的系统模型验证了上述迭代学习控制算法的有效性。随后,研究一类存在随机数据丢包且具有传感器与执行器的非线性抛物型分布参数系统的轨迹跟踪问题,通过设计一种间歇式更新P型迭代学习控制算法获得了系统输出误差在均方意义下收敛的条件。最后,仿真结果验证了上述算法的有效性。3.针对一类含有Kelvin-Voigt阻尼与粘滞阻尼的,且具有传感器和执行器的双曲型分布参数系统的输出轨迹跟踪问题,利用迭代学习控制理论获得了系统输出误差的收敛性条件。在理论推导过程中,利用压缩映射原理、L_2-范数等可获得系统的收敛性。此方法避免了对系统模型降维或者离散化时所产生的误差,从而提高了系统的控制性能。最后,通过一个含有空气阻尼与结构阻尼的电缆系统验证了上述方法的有效性。4.针对含过程故障且具有传感器与执行器的非线性抛物型分布参数系统的故障诊断问题,利用算子半群理论,先将原始系统转化成发展方程,再通过引入一个虚拟故障来设计故障估计器。系统的实际输出与故障估计器的输出产生了一个残差信号,根据此残差信号,采用迭代学习控制方法对引入的虚拟故障进行调节控制,使得虚拟故障随着迭代次数趋于无穷而收敛于实际故障,从而达到故障诊断的目的。最后,通过Fisher方程验证了上述故障诊断方法的有效性,并针对一类典型的化学工业过程进行分析。
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