改进Smith预估控制器的解析设计

针对化工过程常见的积分和不稳定时滞对象,基于改进的史密斯预测控制提出了两自由度控制方案。首先根据鲁棒控制理论H2最优性能指标设计设定值跟踪控制器,然后在分析稳定性和抗扰性的基础上设计了扰动抑制控制器,设定值跟踪控制器和扰动抑制控制器可通过性能参数独立调节和优化。同时针对存在的乘性不确定性过程分析了系统的鲁棒稳定性。最后通过仿真实例验证了该控制方案的有效性。     

一类不匹配不确定动态系统的鲁棒执行器故障检测与重构

针对一类不匹配不确定性动态系统,将不匹配不确定性的滑模控制方法与线性矩阵不等式（LMI）方法结合,设计一种新的鲁棒滑模观测器,提出了不匹配不确定动态系统滑模观测器稳定的充分必要条件以及LMI的存在定理,并证明了对系统不确定性以及外界干扰具有鲁棒性。无须对动态系统进行规范化处理,直接利用LMI方法求解鲁棒观测器增益矩阵,简化了滑模观测器设计过程。根据上述设计的鲁棒滑模观测器,应用等价输出误差介入原理和LMI方法,设计重构执行器故障的优化策略,提出在线获取故障信息的鲁棒执行器故障检测与重构方法,实现执行器故障的检测与重构。数字仿真验证了执行器故障重构方法的可靠性。     

一种改进的滑模控制方法在非线性不确定系统中的应用

对传统滑模面设计方法进行了改进,引入滑模面斜率,将其应用于一类非线性不确定系统,并基于此设计滑模控制器,其控制目的是使非线性系统在存在不确定及干扰时,系统输出依然能够很好地跟踪参考输入,理论证明该设计方案是可行的。另外还对该系统进行了稳态误差计算,分析了滑模面斜率及边界层厚度对稳态误差的影响,通过理论计算与分析,找到了一种方便简单的减小误差的方法,同时还可更进一步抑制抖振,使系统具有更强的鲁棒性能。仿真实例表明,文中提出方法是正确有效的。     

积分和不稳定时滞对象的改进内模控制

针对化工过程中一阶积分和不稳定时滞对象,基于内模控制提出了两自由度控制方案。首先根据鲁棒控制理论H2最优性能指标设计设定值跟踪控制器,然后采用期望闭环补灵敏度函数确定扰动抑制控制器。设定值跟踪控制器和扰动抑制控制器可通过性能参数独立调节而无需再取折衷,同时保证系统具有较好的鲁棒稳定性。最后通过仿真实例验证了该控制方案的有效性。     

一种新颖的鲁棒PID控制器设计方法

提出一种新颖的鲁棒PID控制器设计方法,基于最小最大原理寻找一组合理的PID控制器参数,使得闭环系统在一定模型变化范围内仍具有满意的控制品质,降低对模型不确定的敏感程度,提高系统的鲁棒性。鉴于直接求解min-max问题的困难,首先推导出不确定性最坏情况下性能指标的上界,然后将min-max问题转化为最坏性能指标上界的min问题,计算量小且求解容易。同时,证明了该算法的鲁棒稳定性。CSTR仿真例子表明了算法的有效性。     

基于二次型性能指标的不确定混沌系统最优控制器设计

研究具有不确定性并带有扰动的混沌控制系统。首先基于成熟线性理论中的二次型最优控制理论将扰动非线性的混沌系统模型转换为无扰动的等价线性系统模型,然后给出了针对伪线性系统的基于二次型性能指标的最优控制器设计方法。对Liu混沌系统的参数不确定性的仿真结果表明：控制品质有了较大的改善和提高。     

受扰动非线性系统的反馈线性化最优控制

研究具有外界扰动作用下的非线性系统基于状态反馈精确线性化的最优控制器设计问题。首先基于微分同胚将受扰动非线性系统模型转变为无扰动的伪线性系统模型,然后给出了在关系度等于系统阶数情况下基于二次型性能指标的最优控制器设计方法,通过求解Riccati方程得到系统最优扰动抑制控制律。最后通过仿真实例表明了该方法的有效性。     

分数阶混沌系统的终端滑模同步控制

研究了带有不确定项和扰动的不同分数阶混沌系统的终端滑模同步控制问题。基于Lyapunov稳定性理论、滑模控制理论和有限时间定义,设计终端滑模有限时间控制器,实现了两个分数阶混沌系统的同步。同时,在控制器构建过程设计了一个新的非奇异分数阶终端滑模面,该滑模面可以在有限时间内收敛到零点。数值仿真验证了该终端滑模控制器的准确性和可行性。     

基于Min-Max的预测控制鲁棒参数设计

工业控制中模型的不确定性是不可避免的.提出基于Min-Max的预测控制器鲁棒参数设计方法,充分考虑到模型的不确定性.仿真结果表明,控制器在对象模型一定范围内变化时仍具有较好的控制品质,不需要重新整定控制器参数,提高了系统的鲁棒性能.     

一类非自衡化工过程的最优控制

对控制能量存在约束时一类模型不确定非自衡化工过程的最优控制问题作了探讨.首先针对控制对象的标称模型应用谱分解最小化一个包含跟踪误差和控制能量在内的积分平方性能指标,导出一个控制能量约束条件下的最优控制律;然后再针对模型不确定性应用谱分解最小化实际系统性能和标称性能在整个频段上的方差,得到一个鲁棒控制器的设计方法,可使系统的标称性能对模型误差具有最优的鲁棒性.     

连续搅拌反应釜系统的非线性鲁棒控制

基于非线性鲁棒控制理论,针对一类单输入单输出连续搅拌反应釜（CSTR）模型设计了具有高增益观测器的非线性鲁棒控制器（ONRC）,并提出了一种简单的控制器参数整定方法。与非线性鲁棒控制器（NRC）和滑模控制方法（SMC）的仿真结果比较表明,ONRC对系统不确定性和干扰具有更好的抑制作用,通过Monte-Carlo试验检验显示,ONRC在模型参数摄动时具有更好的性能鲁棒性。     

参数不确定非线性系统切换控制

针对一类含有不确定参数的非线性系统,基于其参数的不确定范围,设计多个滑模变结构控制器。在此基础上,基于一给定的指标切换函数构造切换控制器。在确保系统Lyapunov稳定性的前提下,被控对象的控制器按照预先设定好的切换条件,在多个控制器之间相互切换,从而极大地改善系统的瞬态响应。以工业机器人手臂为研究对象,针对机器人手臂运动方程构造滑模变结构控制器,并设计以输出误差为自变量的指标切换函数,基于此切换函数构造切换控制器,使机械手的控制器在多个控制器之间进行切换。针对不同的参数变化范围,研究切换控制的有效性。多个仿真实例表明切换控制能极大地改善控制品质。     

ROBUST NONLINEAR PREDICTIVE CONTROL USING A DISTURBANCE ESTIMATOR

A robust nonlinear predictive control strategy using a disturbance estimator is presented. The disturbance estimator is comprised of two parts: one is the disturbance model parameter adaptation and the other is future disturbance prediction. A linear discrete model is proposed as a disturbance model which is formulated by using process inputs and available process measurements. The recursive least square (RLS) method with exponential forgetting is used to determine the uncertain disturbance model parameters and for the future disturbance prediction, future disturbances projected by the future process inputs are used. Two illustrative examples: a jacketed CSTR as a SISO system: an adiabatic CSTR as a MIMO system, and experimental results of the distillation column control are presented. The results indicate that a substantial improvement in nonlinear predictive control performance is possible using the disturbance estimator.     

On the dynamic optimization of methane production in anaerobic digestion via extremum-seeking control approach

This paper proposes an extremum-seeking control approach based on sliding mode to achieve the dynamic optimization of methane outflow rate in anaerobic digestion processes. Open-loop analysis for a two-population model shown that the system becomes unstable due at the accumulation of volatile fatty acids (VFA). Then the controller is designed to achieve the regulation of VFA concentration close to the optimal set-point while maximizing the methane production. The control law is based on a variable-structure feedback to iteratively extremize the methane outflow rate and converges to the neighborhood of the optimum with sliding mode motions. In contrast with previous works on extremum-seeking control with sliding mode, the control scheme includes an observer-based uncertain estimator which computes the unknown terms related to the growth kinetics and the inlet composition. Practical stabilizability for the closed-loop system around to unknown optimal set-point is analyzed. Numerical experiments illustrate the effectiveness of the proposed approach.     

连续反应釜温度控制系统的设计与仿真

针对连续反应釜中进行的化学反应特性,按照过程的动力学方程和能量平衡等关系,设计了一套基于西门子PCS7的连续化学反应釜(CSTR)温度控制系统。由于连续反应釜内温度的非线性、时变等特性,采用变结构模糊控制结合前馈、串级、分程等先进的控制方式,克服了传统PID算法参数调整复杂、超调量大的缺点。仿真结果表明:对温度采用变结构模糊控制能获得较好的稳态精度和动态特性,满足了反应釜内温度控制的要求。     

A self-tuning control method for Wiener nonlinear systems and its application to process control problems

Many chemical processes can be modeled as Wiener models, which consist of a linear dynamic subsystem follow-ed by a static nonlinear block. In this paper, an effective discrete-time adaptive control method is proposed for Wiener nonlinear systems with uncertainties. The parameterization model is derived based on the inverse of the nonlinear function block. The adaptive control method is motivated by self-tuning control and is derived from a modified Clarke criterion function, which considers both tracking properties and control efforts. The un-certain parameters are updated by a recursive least squares algorithm and the control law exhibits an explicit form. The closed-loop system stability properties are discussed. To demonstrate the effectiveness of the obtained results, two groups of simulation examples including an application to composition control in a continuously stirred tank reactor (CSTR) system are studied.     

基于动态补偿逆的非线性RBF内模控制及其应用

针对非线性不确定系统和传统的非线性内模控制在控制上存在的不足,提出一种基于动态补偿逆的非线性不确定系统RBF内模控制,在引入RBF建立逆模型的同时,将无模型自适应控制方法作为附加控制器,用于模型偏离被控对象时在线修正逆模型。仿真结果表明,本文提出的方法不仅对系统的常量摄动具有较好的鲁棒性,对时变不确定性仍然保持较好的跟踪效果,具有较好的实时性、鲁棒性和在线校正功能。     

滑模变结构控制理论进展综述

重点评述近年来滑模变结构控制理论取得的新进展,主要包括各种滑模面的研究,滑模到达条件以及相应的各种控制器非线性结构等,还介绍了自适应理论与滑模控制理论的综合研究结果以及其它交叉性研究,对各种方法的优缺点进行评述,并分析了其今后可能的研究内容和方向.