二自由度控制

內(nèi)容概要

本書在分析和總結(jié)國內(nèi)外有關(guān)二自由度控制方法研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，針對(duì)典型的過程控制對(duì)象和運(yùn)動(dòng)控制對(duì)象，將內(nèi)?？刂?、Smith預(yù)估控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制及智能優(yōu)化算法等與二自由度控制相結(jié)合，在二自由度控制結(jié)構(gòu)、控制器設(shè)計(jì)和參數(shù)整定方法等方面進(jìn)行了深入研究，提出了幾種新的二自由度控制方法。理論分析和仿真結(jié)果表明這些方法可以使控制系統(tǒng)同時(shí)獲得良好的設(shè)定值跟隨特性、干擾抑制特性和魯棒性，有效地克服了已有二自由度控制方法存在的缺點(diǎn)和不足，為高性能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了新型控制策略。本書可供控制科學(xué)與工程、電氣工程等相關(guān)學(xué)科和專業(yè)的研究生、學(xué)者參考，對(duì)電氣工程與自動(dòng)化相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員也有重要的參考價(jià)值。

書籍目錄

第1章　緒論1
1.1　引言1
1.2　二自由度控制原理和典型控制結(jié)構(gòu)3
1.2.1　二自由度控制原理3
1.2.2 二自由度控制的典型結(jié)構(gòu)5
1.3　二自由度控制方法的研究進(jìn)展7
1.3.1　二自由度PID控制7
1.3.2　基于H∞優(yōu)化理論的二自由度控制9
1.3.3　時(shí)滯系統(tǒng)的二自由度控制11
1.3.4　基于智能控制理論的二自由度控制15
第2章　基于內(nèi)?？刂圃淼亩杂啥萈ID控制18
2.1　引言18
2.2　內(nèi)?？刂?0
2.2.1　內(nèi)模控制原理20
2.2.2　內(nèi)?？刂频闹饕匦?1
2.2.3　內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)22
2.2.4 內(nèi)?？刂频聂敯粜苑治?4
2.3　過程控制對(duì)象的二自由度PID控制25
2.3.1　二自由度PID控制器設(shè)計(jì)26
2.3.2　系統(tǒng)的性能和魯棒性31
2.3.3　仿真研究33
2.4　運(yùn)動(dòng)控制對(duì)象的二自由度PID控制35
2.4.1　交流永磁同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型36
2.4.2　二自由度PID控制器設(shè)計(jì)38
2.4.3　仿真研究41
第3章　大時(shí)滯過程的二自由度Smith預(yù)估控制44
3.1　引言44
3.2　常規(guī)的Smith預(yù)估控制45
3.3　二自由度Smith預(yù)估控制結(jié)構(gòu)47
3.4　控制器設(shè)計(jì)48
3.4.1　設(shè)定值跟隨控制器設(shè)計(jì)48
3.4.2　干擾抑制控制器設(shè)計(jì)50
3.4.3　魯棒性分析51
3.5　仿真研究53
第4章　復(fù)雜動(dòng)態(tài)過程對(duì)象的二自由度控制57
4.1　引言57
4.2　具有時(shí)滯的開環(huán)不穩(wěn)定過程對(duì)象的二自由度控制61
4.2.1　二自由度控制器設(shè)計(jì)61
4.2.2　系統(tǒng)的性能與魯棒性65
4.2.3　仿真研究67
4.3　反向響應(yīng)過程對(duì)象的二自由度控制72
4.3.1 反向響應(yīng)過程對(duì)象的基本特性73
4.3.2 二自由度控制器的設(shè)計(jì)74
4.3.3 仿真研究75
第5章　串級(jí)控制系統(tǒng)的二自由度控制78
5.1　引言78
5.2　串聯(lián)式串級(jí)控制系統(tǒng)的二自由度控制80
5.2.1　副回路控制器設(shè)計(jì)81
5.2.2　主回路控制器設(shè)計(jì)83
5.2.3　設(shè)計(jì)實(shí)例和性能分析86
5.2.4　仿真研究90
5.3　并聯(lián)式串級(jí)控制系統(tǒng)的二自由度控制93
5.3.1 二自由度控制器設(shè)計(jì)94
5.3.2　設(shè)計(jì)實(shí)例和性能分析96
5.3.3　仿真研究98
第6章　基于PSO的二自由度PID控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)101
6.1　引言101
6.2　微粒群優(yōu)化（PSO）算法103
6.2.1　PSO算法原理103
6.2.2　PSO算法流程104
6.3 設(shè)定值濾波型二自由度PID控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)105
6.3.1　設(shè)定值濾波型二自由度PID控制器105
6.3.2　控制器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)107
6.3.3 仿真研究109
6.4　設(shè)定值前饋型二自由度PID控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)111
6.4.1　設(shè)定值前饋型二自由度PID控制器111
6.4.2　控制器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)112
6.4.3　仿真研究113
第7章　交流伺服系統(tǒng)的魯棒二自由度控制115
7.1　引言115
7.2　魯棒二自由度控制結(jié)構(gòu)116
7.3　滑模變結(jié)構(gòu)控制器的設(shè)計(jì)118
7.3.1　滑平面的設(shè)計(jì)119
7.3.2　控制律的設(shè)計(jì)119
7.4　仿真研究125
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   在工業(yè)過程控制領(lǐng)域中，由于物料的傳輸、被控變量的測量及信號(hào)的傳遞等因素的影響，時(shí)間滯后現(xiàn)象普遍存在于冶金、化工、機(jī)械和電力等各種實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程系統(tǒng)中。一般認(rèn)為時(shí)滯時(shí)間與過程主導(dǎo)時(shí)間常數(shù)之比大于0.5，就屬于大時(shí)滯過程。時(shí)滯系統(tǒng)的控制一直受到人們關(guān)注，成為目前過程控制研究領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。Smith預(yù)估補(bǔ)償控制方法從理論上為解決時(shí)滯系統(tǒng)的控制問題提供了一種有效方法。但Smith預(yù)估器控制的干擾抑制能力和魯棒性差，系統(tǒng)的性能過分依賴于補(bǔ)償模型的準(zhǔn)確性，因而在一定程度上限制了它在實(shí)際過程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。另外，常規(guī)的Smith預(yù)估控制器只能設(shè)置一組控制參數(shù)，是一種一自由度控制方法，不具有使系統(tǒng)同時(shí)獲得良好的設(shè)定值跟蹤特性和干擾抑制特性的能力，難以滿足高性能控制系統(tǒng)的要求。為了克服常規(guī)Smith預(yù)估器的不足，近年來人們進(jìn)行了深入的研究，提出了一些改進(jìn)方法。文獻(xiàn)（64）和文獻(xiàn)（65）針對(duì)一階時(shí)滯過程對(duì)象提出了二自由度Smith預(yù)估控制器設(shè)計(jì)方法，通過引入一個(gè)局部正反饋回路來消除干擾抑制特性傳遞函數(shù)分母中的時(shí)滯環(huán)節(jié)和干擾引起的穩(wěn)態(tài)誤差，將系統(tǒng)的設(shè)定值跟隨特性與干擾抑制特性解耦，通過分別改變兩個(gè)參數(shù)來調(diào)節(jié)兩個(gè)特性，文獻(xiàn)（66）將這種方法擴(kuò)展到一般時(shí)滯系統(tǒng)。這種方法存在的問題是干擾抑制控制器的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，且局部正反饋回路是系統(tǒng)中潛在的不穩(wěn)定因素。文獻(xiàn)（67～69）針對(duì)一階大時(shí)滯過程提出了一種雙控制器結(jié)構(gòu)方案。文獻(xiàn)（70）和（71）對(duì)這一方案作了進(jìn)一步分析，給出了兩個(gè)控制器參數(shù)的整定方法，但在設(shè)計(jì)干擾抑制控制器時(shí)對(duì)大時(shí)滯環(huán)節(jié)作了近似處理，這將限制系統(tǒng)的干擾抑制性能和魯棒性。 本章將Smith預(yù)估控制和內(nèi)模控制有機(jī)結(jié)合，針對(duì)典型的大時(shí)滯穩(wěn)定過程提出一種二自由度Smith預(yù)估控制方法，把系統(tǒng)的設(shè)定值跟蹤特性和干擾抑制特性解耦，通過控制器的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)同時(shí)獲得良好的設(shè)定值跟蹤特性、干擾抑制特性和魯棒性，克服了常規(guī)Smith預(yù)估器控制的不足，且控制算法比較簡單，參數(shù)調(diào)整方便，易于實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用。

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《二自由度控制》可供控制科學(xué)與工程、電氣工程等相關(guān)學(xué)科和專業(yè)的研究生、學(xué)者參考，對(duì)電氣工程與自動(dòng)化相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員也有重要的參考價(jià)值。

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