毕业设计（论文）-基于分数阶PID的预测函数控制策略研究

《毕业设计（论文）-基于分数阶PID的预测函数控制策略研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、毕业论文(设计)题目基于分数阶PID的预测函数控制策略研究专业班级：08电气4班学生姓名：学生学号：20081340120指导教师：二Ｏ一二年五月二十六日南京信息工程大学49目录0引言10.1研究背景及研究意义10.2本课题的国内外的研究现状21预测函数控制（PFC）31.1基函数31.2参考轨迹41.3预测模型51.4误差补偿71.5过程预测输出71.6目标函数表达式与控制量计算表达式81.7一些工程问题及处理方法112分数阶PID控制(FOPID)122.1概述122.2标准数字PID控制132.3分数阶微积分的引入142.4分数阶PID控

2、制基本原理163FOPID-PFC控制策略183.1FOPID-PFC概述183.2FOPID-PFC算法推导183.3FOPID-PFC的优势203.4FOPID-PFC的应用情况21494MATLAB语言及工具箱简介214.1MATLAB工具箱224.2交互式仿真集成环境Simulink224.3Subsystem模块简介244.4S-Function简介275基于MATLAB的仿真分析285.1同步发电机励磁系统模型建立285.2同步发电机励磁系统阶跃响应295.3加入PID控制器的励磁系统阶跃响应305.4加入分数阶PID控制器的励磁系

3、统阶跃响应335.5加入PFC控制器的励磁系统阶跃响应365.6加入FOPID—PFC控制器的励磁系统阶跃响应385.7三种不同控制策略的对比研究425.8仿真总结446小结与展望44参考文献46ABSTRACT49致谢5049基于分数阶PID的预测函数控制策略研究王汉杰（南京信息工程大学信息与控制学院，江苏南京，210044）摘要：预测函数控制(PredictiveFunctionalControl，PFC)，算法计算简单，实时控制计算量小，不仅适用于快速系统的控制，而且可以处理不稳定、时滞、带约束的系统。分数阶PID（FOPID）控制器较传

4、统整数阶PID控制器增加了2个可调参数,使得其控制器的设计更加灵活。针对一般预测函数控制存在的一些不足，通过改变一般预测控制的目标函数把分数阶PID与预测函数控制结合起来,利用PID的反馈作用改善系统的性能指标，改进后的算法结合了FOPID算法的优点，本文主要研究了两种新型励磁控制器具有多个可调参数，稳定性较好，可以更加灵活的对励磁进行控制。关键词：分数阶PID控制；预测函数控制；励磁控制；系统性能0引言0.1研究背景及研究意义随着科学的日益进步，技术的不断创新，国民经济生产总值的迅速发展，使得对电能质量提出了越来越高的要求，电力系统正在不断的

5、发生创新变革:发电机组的容量越来越大，远距离电力传输的电压等级越来越高，电力网(输电网和配电网)的覆盖范围也越来越大。相应在理论上和实践上出现了许多需要解决的问题:各种新型的理论需要加以验证，各种新技术和新设备需要进行试验等等[1-3]。预测控制是目前应用得最广泛也是最为成功的一种先进控制策略，具有控制效果好、抗干扰性强、鲁棒性强等优点。它的典型算法有:模型算法控制(ModelAlgorithmicControl,MAC)[4]、动态矩阵控制(DynamicMatrixControl,DMC)[5]、广义预测控制(GeneralizedPred

6、ictiveControl,GPC)[6]、预测函数控制（PredictiveFunctionalControl，PFC）[7-8]等。它们都基于模型预测、反馈校正、滚动优化三大环节。预测函数控制（PFC）是第三代的模型预测控制。它在拥有传统的模型预测控制最基本特征的同时，通过对控制输入进行结构化，认为控制量是一些预先选定的基函数的线性组合，使控制输入量更具有规律性，并且能明显地降低算法的在线计算量。传统PID由于结构简单，控制效果及稳定性好，但是随着被控对象的机构越来越复杂,控制参数越来越多,要求达到的控制目标也越来越高[9]。高精度、多参数

7、、多干扰使得常规的PID控制往往难以得到预期的控制效果,因此Podlubny教授将分数阶理论和PID控制器整49定理论相结合,提出了分数阶控制器[10]。分数微积PID控制器与传统整数阶PID相比，具有更大的调节范围，具有比传统PID更好的控制品质及更强的鲁棒性。因此,近年来分数阶PID控制引发了学者们强烈的关注[11-18]。众所周知，电力系统稳定性一旦遭到破坏，必将造成巨大的经济损失和灾难性后果，这一问题多年来一直为人们所关注。发电机的励磁控制是提高电力系统稳定性十分有效的措施之一，其一直备受学术界与工程界高度重视。通过对发电机励磁加以合适

8、的控制，可以改善电力系统在各种扰动下的稳定性。由于同步发电机是强非线性的系统，其精确控制有很大的难度，尽管各种理论方法层出不穷，已经有了很大的发展，但