气压力伺服系统自适应控制研究

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气压力伺服系统在实际工程中应用很广,其控制策略一般采用PID控制。气压力伺服系统的PID控制鲁棒性较差,在负载或其他参数发生变化时,不能保证系统性能。由于气压力伺服系统的复杂性,其PID参数的调节比较复杂,一般用户很难掌握,限制了气压力伺服系统的应用范围。为解决这一问题本文研究了自适应控制。气压力伺服自适应控制是气压力伺服系统的一种重要控制策略,主要用来解决气压力伺服鲁棒性差的问题。自适应控制技术在很多领域得到了成功应用,如光学跟踪望远镜、化工、冶金、机械加工等。本文首先建立了气压力伺服系统的非线性仿真模型,并对其线性化,代入实际系统参数,得到系统的传递函数。为研究系统特性并为自适应控制做准备,研究了气压力伺服系统的参数辨识与非参数辨识。为实现系统辨识,首先设计了辨识激励信号逆M序列,研究了辨识数据的获取与处理,用H1算法进行系统的非参数辨识,设计了递推辨识程序实现系统的参数辨识。对仿真模型进行了非参数辨识与参数辨识,非参数辨识结果与参数辨识结果具有相近的频率响应,辨识模型输出与仿真模型输出拟合度82%。结合气压力伺服系统的特点,设计了非线性PID、广义最小方差自校正与极点配置自校正控制器。仿真结果表明,参数在线辨识的收敛时间约0.05s,与PID控制相比,自适应控制器在系统参数发生变化时仍能保持控制良好的控制效果,具有较强的鲁棒性。搭建气压力伺服系统试验台,利用Matlab/Simulink和XPC Target软件进行控制系统程序设计实现气压力伺服系统的实时控制。对气压力伺服系统进行了调试和离线辨识,对以上提出的控制策略进行实验验证。实验结果表明,在线辨识参数实际收敛时间约0.05s,与PID控制相比广义方差自校正和极点配置自校正控制具有较强的鲁棒性,本文提出控制策略具有可行性。
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