鍋爐汽溫的非線性控制系統設計畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 設置 非線性 PID 串級控制系統參數設置：內回路 P 控制器： =；外回路 PDpK控制器主要可調參數： =1， =， =1； =， =， =?d?P?p? 線性 PID 串級控制系統參數設置：內回路 P 控制器： =；外回路 PD 控p制器主要可調參數： = 仿真實現與結果分析仿真試驗系統如圖 所示，仿真試驗結果如圖 所示。 圖 比例、微分系統模型的搭建 圖 比例、微分仿真實驗的響應曲線從圖 可以看出，非線性 PID 的反應時間相比于線性 PID 來說，稍微慢了一點，但是無論在超調量還是在響應時間上非線性 PID 都明顯優于線性 PID，非線性PID 的穩定時間 t=180s，而線性 PID 則是 t=310s，快了 130s；非線性 PID 的峰值約為 ，超調量為 ，而線性 PID 的峰值為 ，超調量為 ，所以非線性PID 具有更好地控制效果。 線性 PID 與非線性 PID 作用的比較與分析 參數設置非線性 PID 串級控制系統參數設置：內回路 P 控制器： =；外回路 PIDpK控制器主要可調參數： =1， =， =1； =， =， =。 dKd?d?P?p?=, =, =?I? 線性 PID 串級控制系統參數設置：內回路 P 控制器： =；外回路 PID 控pK制器主要可調參數： =, =1, = 仿真實現與結果分析仿真試驗系統如圖 所示，仿真試驗結果如圖 所示。 圖 系統模型的搭建 圖 仿真實驗的響應曲線從圖 可以看出，非線性 PID 的響應時間比線性 PID 的響應時間稍慢，但是線性 PID 的波動較大，且不穩定，而非線性 PID 的曲線較為穩定、平滑，它的穩定是時間相比于線性 PID 而言，是很短的，t=400s，比線性 PID 的穩定時間t=1200s 快了 400s，說明非線性 PID 控制方案比線性 PID 控制方案具有更好地控制效果。 非線性 PID 抗干擾能力測試與分析 PID 抗干擾能力測試線性 PID 串級控制系統參數設置：內回路 P 控制器： =；外回路 PIDpK控制器主要可調參數： =, =1, =. 在 t=1300s 時加入擾動信號，PKdI其結果如圖 所示： 圖 在 t=1300s 時加入擾動的輸入曲線從圖 可以看出，在 t=1300s 時，就會有擾動出現，以后的輸出波形一直上下波動，且幅值較大，所以說線性 PID 的抗干擾能力較差。 不含 TD 非線性 PID 抗干擾能力測試 非線性 PID 串級控制系統參數設置：內回路 P 控制器： =；外回路 PIDpK控制器主要可調參數： =1， =， =1； =， =， =。 dKd?d?P?p?=, =, =10. 在 t=500s 時加入擾動信號，如圖 所示：IKI?I? 圖 不含 TD 的非線性 PID 結構圖在 t=500s 時加入擾動信號后其輸出曲線如圖 所示： 在 t=500s 時加入擾動的輸出由圖 可知，在 t=500s 時加入擾動，系統的輸出會有波動出現，但是波動幅度較線性 PID 有明顯的減少，所以，不含 TD 的非線性 PID 有一定的濾波效果及抗干擾能力。 含 TD 的非線性 PID 抗干擾能力測試非線性 PID 串級控制系統參數設置：內回路 P 控制器： =；外回路 PIDpK控制器主要可調參數： =1， =， =1； =， =， =。 dKd?d?P?p?=, =, =10. 在 t=400s 時加入擾動信號，如圖 所示：IKI?I? 圖 帶有 TD 的非線性 PID 結構圖 加入擾動后的輸出結果如圖 所示：圖 在 t=400s 時加入擾動時的輸出分析圖 ，我們可以看出，在 t=500s 時給非線性系統加入擾動后，其輸出圖形基本不受影響，波動很小，相比與線性 PID 和不含 TD 的非線性 PID 都有明顯濾波性能。說明含 TD 的非線性 PID 控制系統具有很強的抗干擾能力。 非線性 PID 魯棒性測試與分析控制系統的魯棒性是指控制系統在某種類型的擾動下，包括自身模型的擾動下，系統某個性能指標保持不變的能力。對于實際工程系統，人們最關心的問題是一個控制系統當其模型參數發生大幅度變化或其結構發生變化時能否仍保持漸近穩定，這叫穩定魯棒性。進而還要求在模型擾動下系統的品質指標仍然保持在某個許可范圍內，這稱為品質魯棒性。為了測試比較 PID 和非線性 PID 的魯棒性，嘗試改變被控對象模型參數來觀察系統輸出響應。(1)將主調節區傳遞函數 改為 ，()81)ws??140())ws??曲線如圖 和圖 所示。由圖 可知，當改變模型參數后，PID 系統發散，不穩定了。說明 PID 的魯棒性能較差。而由圖 可知，在改變系統模型參數后，非線性 PID 的輸出曲線仍然是穩定的。雖然有超調量了，但是超調較小，在可以接受的范圍內；調整時間有所加長，但是在 t=650s 的時候也可以達到穩定了。 圖 線性 PID 魯棒性測試結果輸出圖 非線性 PID 魯棒性測試結果輸出(2) 將主調節區傳遞函數 改為 ，()81)ws??()3)ws??線如圖 和 所示。由圖 可知，當傳遞函數分母改變后，線性 PID 的輸出就變為發散了，不穩定了。而由圖 可知，系統參數改變后非線性 PID 的輸出仍然是穩定的，只是在前段時間稍微有點波動，隨后就比較平滑了，并且無超調，穩定時間稍微延長一些，由原來的 t=400s 變為 t=700s，是在可以容許的范圍內，所以，我們可以得知，相比于線性 PID，非線性 PID 具有很強的魯棒性。圖 線性 PID 魯棒性測試結果輸出 圖 非線性 PID 魯棒性測試結果輸出第五章 結論 結論本文主要取非線性控制器的一種：非線性 PID 控制器，并對其進行了分析研究。主要是在線性 PID 的基礎上，利用非線性機制，汲取線性 PID 的精華，構造出一種新型的非線性 PID 控制器，研究結果可歸納如下：(1) 用 simulink 直接實現跟蹤微分器(TD)模塊。比用編寫 S 函數方法更簡單，更好用。此外還提高仿真試驗分析研究了 δ 對 TD 的影響。(2) 用 simulink 直接實現非線性通用模塊，并且研究了 α、δ 對其性能的影響。(3) 設計了主汽溫非線性 PID 控制方案。并且分別對線性比例、非線性比例，線性積分、非線性積分，線性比例微分、非線性比例微分進行了分析比較，進而構造出非線性性 PID 控制方案，對其進行仿真分析。結果表明非線性 PID 具有更好地控制品質，超調量更小，穩定時間更短，控制效果更好。(4) 對非線性 PID 系統進行了抗干擾能力測試。在給線性 PID 和非線性PID 加入相同的擾動后，線性 PID 會出現較大的波動，而非線性 PID波動很小，幾乎不受擾動的影響，非線性 PID 表現出很強的抗干擾能力。(5) 對非線性 PID 系統進行了魯棒性測試。分別改變傳遞函數的放大系數和時間常數，對線性 PID 和非線性 PID 的輸出結果分析比較。結果表明非線性 PID 具有較強的魯棒性。 展望本文所設計的非線性 PID 控制器在實際中尚未應用，還有待進一步的檢驗和完善。但是作為一種更為先進的 PID 控制器，非線性 PID 具有良好的控制品質，并且具有抗干擾能力和魯棒性強等特點，所以它的應用前景還是很廣闊的，目前我認為還有一下工作可以做：(1) 對非線性 PID 進行一定量的測試，確保其安全可靠性，并進一步的改進，使其能與實際較好銜接。(2) 對跟蹤微分器、非線性組合的參數進行更進一步的研究與分析，更深刻理解各個參數對其性能的影響，做到有規律可循，實際中應用更加方便。(3) 本文的非線性 PID 是用應在串級雙回路控制系統中，可以再做進一步推廣，將非線性 PID 用應于前饋控制系統、多閉環控制系統、解耦控制系統中。 參考文獻[1] 李殿璞. 非線性控制理論基礎[M]. 哈爾濱工程大學出版社 2022[2] 翁維勤 , 周慶海. 過程控制系統及工程[M]. 北京 化學工業出版社 1996[3] 焦曉紅 ,關新平. 非線性系統分析與設計[M]. 北京 電子工業出版社 2022[4] 曹間福 ,韓崇昭,方洋旺. 非線性系統理論及應用. 西安 西安交通大學出版社[5] Hassan . Nonlinear Systems(third edition). 北京 電子工業出版社 2022[6] 楊平,翁思義,郭平. 自動控制原理[M]. 中國電力出版社 2022[7] 陳來九. 熱工過程自動調節原理和應用. 水利電力出版社 1982[8] 何鳳平， 環境下非線性控制系統的建模與仿真[J]. 信息技術2022 年 9期[9] Wang Ben, Ronnie Belmans. Nonlinear and Variable Structure Excitation Controller for Power System Stability 西南交通大學學報：英文版2022 年 5 期[10] 王軍，李東海，[N]. 系統仿真學報2022 年 8 期 [11]余昌盛，許力. 基于 MATLAB 的復雜非線性控制實驗系統實時控制研究 實驗室研究與探索2022 年 4 期[12] 李嘯驄，程時杰，韋化等. 輸出函數在多輸入多輸出非線性控制系統設計中的重要作用. 中國電機工程學報2022 年 9 期[13] 譚飛，楊平先， . 四川理工學院學報：自然科學版2022 年 1