自動控制原理畢業設計論文-資料下載頁

　　

【正文】 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；，，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PID控制器主要可調參數：=1，=，=1；=，=，=。 =,=,=10. 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47所示，仿真試驗結果如圖48所示。圖47系統模型的搭建圖48 仿真實驗的響應曲線從圖48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PID控制器主要可調參數：=, =1, =. 在t=1300s時加入擾動信號，其結果如圖49所示：圖49 在t=1300s時加入擾動的輸入曲線從圖49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PID控制器主要可調參數：=1，=，=1；=，=，=。 =,=,=10. 在t=500s時加入擾動信號，如圖410所示：圖 410 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411所示：圖411 在t=500s時加入擾動的輸出由圖411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PID控制器主要可調參數：=1，=，=1；=，=，=。 =,=,=10. 在t=400s時加入擾動信號，如圖412所示：圖412帶有TD的非線性PID結構圖加入擾動后的輸出結果如圖413所示：圖413 在t=400s時加入擾動時的輸出分析圖413，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，得到輸出曲線如圖414和圖415所示。由圖414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415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 414 線性PID魯棒性測試結果輸出圖 415 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，得到輸出曲線如圖416和417所示。由圖416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617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416 線性PID魯棒性測試結果輸出圖 417 非線性PID魯棒性測試結果輸出5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。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] 丁榮，蔡新平. 鍋爐汽包水位控制系統分析與確定［J］. 應用能源技術， 2011，4:18～22[2] ［Ｍ］.北京：機械工業出版社，2005: 2～53[3] Dvived Mark. Design of Boiler Drum’s Waterlevel Control System［Ｍ］. SciTech Information Development amp。 Economy，1998 13:62～63 [4] ［Ｍ］.北京：清華大學出版社，2003: 212～246[5] R2006a 基礎篇［Ｍ］.北京：化學工業出版社，2008: 166～240[6] 王海英，袁麗英，［Ｍ］.北京：高等教育出版社，2009: 318～328[7] Thedore wildi. Electrical machines, drives, and power systems ［Ｍ］. Prentice :16～22[8] 范永勝， ［Ｍ］.北京：中國電力出版社，2007: 112～158[9] ［Ｍ］.北京：中國電力出版社，2004:169～196[10] ［Ｍ］.北京:清華大學出版社，2010:193～383謝 辭本文是在導師彭雪鵬的悉心指導下完成的，在畢業設計期間老師對我有很大的幫助。在此，謹向彭雪鵬致以深深的敬意和由衷的感謝。最后，感謝所有關心我、支持我和幫助過我的同學，是你們給予我努力學習的信心和力量。從開始進入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意本論文是在我的導師的親切關懷和悉心指導下完成的。她嚴肅的科學態度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，彭雪鵬都始終給予我細心的指導和不懈的支持。從老師身上我體味到了豐富的學養、嚴謹的作風、求實的態度，勤奮的精神，這都成為了我不斷前行的動力和標桿。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意最后我還要感謝培養我長大含辛茹苦的父母。 還有許多人 ，也許他們只是我生命中匆匆的過客 ，但他們對我的支持和幫助依然在我記憶中留底了深刻的印象。在此無法一一羅列，但對他們，我始終心懷感激。41