基于双通道继电反馈的过程建模与控制研究

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1、摘要现代控制理论的发展对系统模型的依赖程度不娅增强，阉时，许多基于模型的控剑壤赂燧否经_￡煌实际中广泛推广也驳决予是磷具襄筠馒，离效，低艘本麴建嫫方法。传绞鹩辨识手段显然在理论主墩褥了成功，健揲律上豹函难使葵无法在工鳖中广。泛采糟，这一点在多交藿情形下将交褥赘知严重。为魏，本文将麸蕊囱工韭实际的角度出笈，译求建模的新理论，新方法，并将其应用于解决工业过程的建模与控制问题。论文分三个部分：(1)双通道继电反馈闭环频率特性测试方法研究：(2)基于双通道继电反馈的过程模型化方法研究；(3)双通道继电反馈方法在典型过程控制问题中的应用。本文的工作包括以下几个方面：

2、1．采用带有孙偿环节的双遗遴继电反馈结{每，建立了根应的极限环振荡的存在条蜉鄹稳定条{孛。盔就基础上，提出了双避道继电发馕频率特瞧泌试方法(TRFT-Two-ehannetRelayFeedbackTest)。TRFT与传统静继窀艇绩方法程篦，突辙了倥能提取荦点域两点频率特性的限制，能够撬取系统在多个象隈内多点频率特性，而鼠所测点的相位可以在溯试之前按需求指定。与传统的辨识测试方法相眈，矾强T是一种闭环辨识测试手段，测试过程不需要加入额外的测试信号，同时测试过程能够实现“单按钮”式的自动操作。由于采用了补偿环节，与As打om等提出的继电反馈方案相比，TRF

3、T能够处理更多类型的对象，包括～阶惯性(加纯滞后)环节。二阶惯性(加纯滞威)环节，高盼多密过程以及非自缀过程嚣。2+将罩RFT方法遴霉攘广，提爨了多变羹系统静分数双逶遴继电反馈多患撅率特性测试方法(DTRFT-DecentralizedTwo-channelRelayFeedbackTest)，戳闭环鹩方式提取多变霪系统多点频率特性。铡试进稷不需要颧外加入溯试信号，而甄灏试点的相位可以预先指定。建立了相关的理论结果，包括：(1)在描述函数陴和广义Nyquist稳定判据的基础上，给出了分散双通道继电反馈系统极限环振荡的存在条件和稳定条件；(2)根据Gersh

4、gorin带定理，治出了分散双通道继电反馈系统极限环振荡的频率改变森界原理。DTRFT方法拓疑了传统多变量系统继电反馈理论，突破了仅能提取单点频率特性的限制，能够更趣充分螅获取多变量系统鳆砖力学馈息。另终，与黄绞麴多变鬃系统辨识测城方法撂毙，DTRFT方法搽幸#麓革、可靠，对生产过程鹩影响小。3．提出了基于双通道继电反馈的过程对象模型化方法。针对SISO过程的传递函数模型化问题，提出了三种处理时滞系统频域辨识的新算法：(1)BFGS频域辨识算法．直接从非线性优化的角度出发，采用变尺度算法类中的BFQS算法，根据TRFT所得到的多点频率特性来估计系统的传递函

5、数模型：(2)递推非线性最小二乘频域辨识算法(RNLS法)，通过Taylor级数展开来处理一般的时滞模型结构，求解效率高，鲁棒性好：(3)基于Pade近似的积分最小二乘频域辨识算法，将无限维问题转化为有限维问题，从而可以采用常规的最小二乘类算法快速求解，给出了由Pade近似所导致的模型误差界，方便控制系统的分析和设计。针对MIMO过程的模型化问题，提出了基于DTRFT的多变量系统频域辨识方法，主要工作包括：(1)将DTRFT方法推广到非“方”系统的情形，突破了输入输出维数必须相等的限制，使得DTRFT能够处理更一般的多变量系统：(2)给出了多变量系统的频域

6、辨识算法来估计其传递函数阵。4．将TⅪ叮方法应用于过程控制典型问题．包括：(1)PI控制器最优整定，为其建立强调一90度相位模型精度的频域模型化方法；(2)基于TRFT的Smith预估模型校正问题：(3)基于闭环提取稳定裕度信息的控制性能在线监测方法；(3)非自衡时滞过程闭环辨识方法，用以避免传统开环辨识过程中扰动所带来的不确定性影响。5．提出了多变量系统多频点解耦设计方法，直接从DTRFT所得到的多点频率特性出发，设计静态解耦补偿环节。该方法在保留了静态解耦优点的同时，兼顾了动态解耦效果，设计过程简单、高效，便于工程应用。通过考虑不同工况下的多点频率特性

7、，该方法还可以改善解耦的鲁棒性。另外，基于Onspec工控平台和Matlab仿真平台开发了相应的继电反馈测试系统。该测试系统在对硬件仿真对象的应用中取得了预期的效果，验证了所提出方法的有效性。关键词：双通道继电反馈，频域辨识，极限环，频率特性，Smith预估，时滞系统，非自衡系统。在线监测，解耦，传递函数AbstractWiththedevelopmentofmoderncontroltheory,modelbecomesakeyfactorintheapplicationofadvancedcontrolstrategies。Thoughthesucce

8、ssinaspectoftheory,traditionalide