基于阶跃响应测试的过程控制系统辨识与应用

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1、上海交通大学硕士学位论文基于阶跃响应测试的过程控制系统辨识与应用姓名：齐臣坤申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：李少远20040101基于阶跃响应测试的过程控制系统辨识与应用摘要系统辨识一直是自动控制界当中最为活跃的研究领域之一并与信号处理最优化理论等学科有着密切的联系阶跃响应辨识由于实现简单易于控制等优点为工程实际所常采用分布式辨识是近些年来多变量控制系统辨识领域常采用的方法全文研究了基于阶跃响应的多变量系统辨识算法包括时域方法和频域方法研究了液位过程控制系统的设计与实现问题包括液位过程控制实验装置通讯硬件和控制软件并采用PID控制算法验证了整个系统的效果在

2、此基础上并且采用频域方法得到了液位系统的模型研究工作包括1.研究基于阶跃响应的系统辨识时域方法在系统辨识过程中耦合的闭环TITO系统分解成4个独立的开环SISO系统对应着4个具有相同输入信号的传递函数这样TITO系统的辨识转化成4个SISO系统辨识对于SISO系统推导出时域方法的线性回归方程通过这个方程很容易直接求得一阶或二阶加纯滞后模型计算中不需要迭代仿真结果表明这种多变量系统辨识方法是有效和实用的这种多变量系统辨识方法优于已有的其他阶跃响应测试辨识方法而且在有大量测量噪声的情况下这种方法具有很强的鲁棒性这种方法在多变量系统辨识和控制器设计中有很大用处2.研究基于阶跃响应的

3、系统辨识频域方法与时域方法相同通过分解TITO系统的辨识转化成4个SISO系统辨识对于一个TITO系统做两次设定值阶跃变化实验根据时域信号计算过程的频域响应然后让估计的模型与实际频域响应曲线逼近的方法得到系统的传递函数矩阵实验中过程工作在闭环状态这种方法的优点在于它降低了已有多变量辨识方法的限制条件能够辨识强耦合和弱耦合系统最后的仿真结果表明这种方法是实用和有效的3.研究液位过程控制系统的设计与实现实验装置是一个TITO系统可以看成是一个简化的实际工业对象首先设计了基于ADAM模块的控制系统通讯硬件采用研华公司ADAM5000系列模块控制软件用VC++编程然后设计基于Micr

4、ologix的控制系统采用的是RockwellAutomation的Micrologix1000可编程控制器和组态软件最后的实时控制效果说明了方案的可行性4.研究了液位过程控制系统的建模问题首先采用机理分析法得到模型的基本结构然后采用基于阶跃响应的频域辨识方法得到液位实验系统的模型并在相同条件下对模型做相同的实验仿真结果表明模型能很好的描述实际过程关键词系统辨识多变量过程阶跃响应最小二乘SYSTEMIDENTIFICATIONANDAPPLICATIONBASEDONSTEPRESPONSETESTABSTRACTSystemidentificationhasbeenanac

5、tiveareaofautomaticcontrolofafewdecadesandithasstronglinkstootherareasofengineeringincludingadvancedcontrolstrategy,optimizationandsignalprocessing.Theinputsignalcanhavesignificantinfluenceonidentificationresults.Thesteptestisthesimplestanddominantinprocesscontrolapplications.Thedecentraliz

6、edidentificationisapopularmethodinmultivariablesystemidentification.Inthispaper,anidentificationmethodbasedonstepresponseisproposed,includingtimedomainapproachandfrequencydomainapproach.Thewaterlevelcontrolsystemisdesignedwhichmadeofwaterleveldevice,communicationhardwareandcontrolsoftware.F

7、urthermore,themodelisidentifiedbyfrequencydomainapproach.Themainworkissummarizedasfollows:1.Anewidentificationmethodinthetimedomainfromdecentralizedstep-testisproposedforTITOprocesseswithsignificantinteractions.Intermsofparameteridentification,thecoupled