時(shí)滯系統(tǒng)優(yōu)化控制

前言

化工、冶金、建材、制藥和造紙等工業(yè)生產(chǎn)過程都存在著時(shí)滯現(xiàn)象，因?yàn)檫@類生產(chǎn)過程，物料、能源從一端輸入，要經(jīng)過一些管道，或者傳動帶傳輸才能到達(dá)另一端，并在輸送過程中，逐步被加工成產(chǎn)品。被加工的物料，不僅幾何形狀要發(fā)生變化，而且物理和化學(xué)性能也要改變，這就需要對物料進(jìn)行加熱加壓，因而這類生產(chǎn)過程常常又是能耗大戶。太大的溫度、壓力和物料的波動，不僅能耗大，而且嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此，時(shí)滯系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和減少環(huán)境污染有重大意義。但是由于描述此類系統(tǒng)的微分方程為無窮維，要實(shí)現(xiàn)它的優(yōu)化控制，首先，它的觀察器和控制器都應(yīng)該是無窮維的，用物理辦法做不到，因此，半個(gè)世紀(jì)以來，時(shí)滯系統(tǒng)的優(yōu)化控制成為人們長期研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。項(xiàng)國波教授長期以來從事工業(yè)領(lǐng)域的自動控制教學(xué)與科研工作，在理論與實(shí)際應(yīng)用方面碩果累累。近年來和他的三位學(xué)生，用兩次優(yōu)化控制原理，實(shí)現(xiàn)了時(shí)滯系統(tǒng)的優(yōu)化控制，其關(guān)鍵在于他們是用數(shù)學(xué)方法，而不是用物理方法實(shí)現(xiàn)了無窮維的觀察器和控制器的設(shè)計(jì)，這就為實(shí)現(xiàn)時(shí)滯系統(tǒng)優(yōu)化控制奠定了基礎(chǔ)。這是一個(gè)飛躍，也是一個(gè)創(chuàng)新。為了提高時(shí)滯優(yōu)化控制系統(tǒng)的抗擾能力，他們又提出《背馳定律》，把單容和雙容時(shí)滯系統(tǒng)優(yōu)化控制的魯棒性提高到一個(gè)新的水平，從而實(shí)現(xiàn)了時(shí)滯系統(tǒng)總體滿意控制。這些成果匯總起來，初步形成了單變量時(shí)滯系統(tǒng)的優(yōu)化控制。此外，作者還用他們自己創(chuàng)建的理論，解決了一些實(shí)際的時(shí)滯系統(tǒng)的優(yōu)化控制問題。

內(nèi)容概要

本書是作者和作者的三位學(xué)生，從1992年至2007年間共同研究的成果的總結(jié)，也是近10年來作者就本課題在各地講學(xué)的系統(tǒng)總結(jié)，初創(chuàng)了單變量時(shí)滯系統(tǒng)優(yōu)化控制理論。全書共6章和一個(gè)附錄，包括預(yù)備知識、純時(shí)滯系統(tǒng)二次優(yōu)化控制原理、背馳定律、總體滿意控制、非線性大時(shí)滯系統(tǒng)總體滿意控制和控制系統(tǒng)的能耗計(jì)算。為了讓更多的讀者看懂，并且樂于應(yīng)用它去研究實(shí)際工程問題，本書主要用經(jīng)典控制論與Maflab相結(jié)合的方法展開討論，書中引用了大量當(dāng)前國內(nèi)外人們關(guān)注的實(shí)例，并作了比較研究，足以證明時(shí)滯優(yōu)化控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。    可供控制工程研究人員、工程技術(shù)人員以及高校師生參閱，也可以作為研究生教材和高年級學(xué)生選修課本。

書籍目錄

序Preface前言第1章  預(yù)備知識  1.1  引言  1.2  微分方程標(biāo)準(zhǔn)化  1.3  幾種優(yōu)化控制性能指標(biāo)的簡評  1.4  G-L型ITAE最優(yōu)控制律  1.5  X-Y型ITAE最優(yōu)控制律  1.6  晶閘管直流傳動系統(tǒng)中的ITAE最優(yōu)控制第2章  純時(shí)滯系統(tǒng)二次優(yōu)化控制原理  2.1  引言  2.2  單容純時(shí)滯系統(tǒng)二次優(yōu)化控制原理  2.3  比較研究一  2.4  雙容純時(shí)滯系統(tǒng)二次優(yōu)化控制原理  2.5  比較研究二第3章  背馳定律  3.1  引言  3.2  參數(shù)擾動強(qiáng)壯性  3.3  單容純時(shí)滯二次優(yōu)化控制系統(tǒng)的背馳定律  3.4  雙容純時(shí)滯二次優(yōu)化控制系統(tǒng)的背馳定律第4章  總體滿意控制  4.1  定義  4.2  單容時(shí)滯系統(tǒng)的總體滿意控制  4.3  雙容時(shí)滯系統(tǒng)的總體滿意控制第5章  非線性大時(shí)滯系統(tǒng)總體滿意控制  5.1  引言  5.2  非線性特性三種線性化方法  5.3  諧波線性化方法  5.4  幾種常見非線性特性諧波線性化系數(shù)  5.5  非線性大時(shí)滯系統(tǒng)總體滿意控制第6章  控制系統(tǒng)的能耗計(jì)算  6.1  引言  6.2  控制系統(tǒng)的能耗計(jì)算公式  6.3  PID串聯(lián)控制系統(tǒng)的能耗  6.4  微分先行PID控制系統(tǒng)的能耗  6.5  中間反饋PID控制系統(tǒng)的能耗  6.6  總體滿意控制系統(tǒng)的能耗  6.7  上述6種控制律的能耗損失比較附錄  大時(shí)滯串級系統(tǒng)多重優(yōu)化控制原理簡介參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 預(yù)備知識1.1 引言時(shí)滯系統(tǒng)為一難控系統(tǒng)，因?yàn)樗氖芸貙ο缶哂袩o窮維空間。根據(jù)最優(yōu)控制論，要實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，它的觀察器和控制器都應(yīng)該是無窮維的。用物理方法無法實(shí)現(xiàn)這一目的，因此長期無法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。1994年，我們發(fā)表了《一類純時(shí)滯系統(tǒng)ITAE二次優(yōu)化控制》，用二次優(yōu)化控制原理，實(shí)現(xiàn)了它的優(yōu)化控制。所謂二次優(yōu)化，系指第一次用有窮維級數(shù)逼近時(shí)滯因子后，再用線性定常ITAE最優(yōu)控制律，實(shí)現(xiàn)它的優(yōu)化。然后回到無窮維空間，獲得無窮維觀察器和控制器結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)，這時(shí)，只剩下一個(gè)未知量——時(shí)間比例尺，再用計(jì)算機(jī)仿真，求出滿足某一最優(yōu)性能指標(biāo)的最優(yōu)時(shí)間比例尺，便實(shí)現(xiàn)了第二次優(yōu)化控制。 為什么要采用lTAE最優(yōu)控制律作為第一次優(yōu)化控制律，而不是其他各種最優(yōu)控制律？這就需要對現(xiàn)有的幾種最優(yōu)控制律進(jìn)行簡評。結(jié)果表明，在現(xiàn)有的幾種最優(yōu)控制律中，唯有D.Graham和R.C.Lathrop兩人，于1953年提出線性定常ITAE最優(yōu)控制律，在工程上最適用，并已被我國工程界學(xué)者們廣泛采用。因此，我們也用它去研究單容時(shí)滯系統(tǒng)優(yōu)化控制，同樣取得滿意效果，但是，當(dāng)我們再用它去研究雙容時(shí)滯系統(tǒng)優(yōu)化控制時(shí)，當(dāng)時(shí)滯因子的近似模型取4階時(shí)，一次優(yōu)化控制系統(tǒng)的微分方程高達(dá)7階，采用G—L型ITAE最優(yōu)控制律，一次優(yōu)化系統(tǒng)出現(xiàn)自振蕩，這才發(fā)現(xiàn)了G—L型ITAE最優(yōu)控制律的缺陷，也就開發(fā)了新的ITAE最優(yōu)控制律，命名它為x—Y型ITAE最優(yōu)控制律，以示區(qū)別。

編輯推薦

《時(shí)滯系統(tǒng)優(yōu)化控制》包括預(yù)備知識、純時(shí)滯系統(tǒng)二次優(yōu)化控制原理、背弛定律、總體滿意控制、非線性大時(shí)滯系統(tǒng)總體滿意控制和控制系統(tǒng)的能耗計(jì)算。

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