多质量弹性扭转系统控制研究

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多质量弹性扭转系统是从涉及重载、同步作业等实际工业问题中抽象出来的一种系统。这种结构的系统在日常工业生产中应用非常广泛,对这种系统进行有效控制是保证工业生产安全性和产品可靠性的重要保障。本文对多质量弹性扭转系统的控制进行了研究,主要包括:建立系统的数学模型,利用所建模型进行计算机控制仿真。由于系统具有弹性,低速下系统的控制难度大大增加,因此对不同速度下的系统进行了建模和控制仿真。最后,结合仿真实验的结果,完成了对不同速度下实际系统的控制。为了分析多质量弹性扭转系统的特性,需要建立系统模型。考虑到待辨识的系统具有一定的弹性以及分数阶系统的优良特性,尝试将其辨识为分数阶系统。在时域中,对分数阶系统进行辨识时,确定系统的阶数不是很方便,考虑到粒子群算法(PSO)的随机搜索功能,利用粒子群算法来辨识不同速度下的多质量弹性扭转系统,获得了系统的分数阶模型。作为对比,还对系统进行了整数阶系统辨识,从性能指标来看,分数阶系统优于整数阶系统。经典的PID控制器对系统控制具有很多优点,考虑到系统的弹性以及分数阶模型的特性,引入分数阶PIλμ控制策略。控制器的参数整定结果会直接影响控制效果,传统的参数整定方法对于确定分数阶PIλμ控制器阶数不是很方便,利用粒子群算法的随机搜索能力,结合控制系统性能指标(系统超调量和调节时间),对已经得到的系统模型进行控制器参数整定。同时,作为对比,还用同样的方法对系统进行了整数阶PID控制,得到了相应的参数和控制效果。从仿真结果来看,分数阶PIλμ可以获得更好的控制效果。现有的控制工具不能实现对实际系统的分数阶PIλμ控制,贝加莱工业自动化公司提供的Automation Studio软件平台,可以通过C语言编程完成控制器设计,通过在该软件平台上编写分数阶PIλμ控制程序,结合控制器参数整定的结果进行参数调整,实现了对不同速度下系统的控制。实验证明,通过控制器参数整定得到的参数,对实际系统的控制有较高的参考价值,进行一定的参数调整后,能实现对系统的控制。同时,系统控制效果说明,分数阶PIλμ控制器的控制效果优于整数阶PID控制器。
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