超声波生物处理系统的建模与h∞控制研究

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1、分类号密级硕士学位论文题目：超声波生物处理系统的建模与H∞控制研究英文并列题目：AstudyofUltrasonicbiologicaltreatmentsystemmodelingandH∞control研究生：胥文涛专业：控制科学与工程研究方向：控制理论与控制工程导师：屈百达指导小组成员：学位授予日期：2015年6月答辩委员会主席：杨慧中江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一五年六月摘要摘要超声波生物处理技术是一种无污染、无残留的绿色生产技术。在生产过程中，生物物质、细胞对超声波的频率、功率具有一定的敏感性，超声波的发射和细胞损伤之间也具有高度的相关

2、性，特别对于单一物质的提取，超声波频率、功率的不稳定，会影响生物处理过程生成物的杂质含量较高，甚至会影响提取物的生物活性。本文基于控制理论研究超声波生物处理系统的建模与H∞控制具有理论意义和学术价值。论文的主要工作如下。（1）针对超声波生物处理系统的运行特点，旨在提高超声波生物处理系统的鲁棒性，将超声波生物处理系统分作换能器换能机制和超声波提取过程两个部分，并分别对两个部分进行简单的系统描述和建模分析。（2）针对超声波生物处理系统的换能器换能机制部分，为了得到适用的数学模型，通过对比压电换能器的等效电路模型与压电换能器的受迫振动方程，同时考虑换能器换能机制的逆

3、变、整流过程，建立了换能器换能机制的状态空间模型。（3）针对超声波生物处理系统的超声波提取过程部分，为了得到可描述提取过程的数学模型，从Fick第二定律入手，建立了超声波功率与超声波提取浓度之间的输入输出模型。（4）为了抑制超声波生物处理系统运行中存在的不确定性以及干扰，提高系统的鲁棒性，基于马尔科夫跳变理论建立了预测模型。针对马尔科夫预测模型设计了控制律，并通过仿真、与其他控制律相比，所提的控制律的效果更优。综上所述，本文主要研究了超声波生物处理系统的建模与控制律设计，仿真实验证明了所设计的控制律有效。关键词：压电换能器；超声波提取；微分方程；状态空间模型；

4、H∞控制；L2扰动抑制IAbstractAbstractTheultrasonicbiologicaltreatmenttechnologyisagreentechnologywithoutpollution.Duringtheperiodoftheproductionprocess,thebiomassandthecellsaresensitivetotheultrasonicfrequencyandpower,andtheultrasoundcandamagethebiomassandthecells.Whenthestabilityoftheultras

5、onicfrequencyandpowerisgettingworse,theimpuritycontentwillbebecominghigher,eventhebiologicalactivityoftheextractswillbebecomingweeker.Inthispaper,basedonthecontroltheory,westudyonmodelanalysisandcontrolstrategy,respectively.Therefore,thisarticlehastheoryandacademicvalue.Theworkofthi

6、sthesisincludes:(1)Fortheultrasonicbiologicaltreatmentsystem,theobjectiveistoimprovetheperformancefortherobustnessofultrasonicbiologicaltreatmentsystem,whichincludesatransducermechanismportionandanultrasonicextractionportion.Thetwopartsmainlystudyonmodelanalysisandcontrolstrategy,re

7、spectively.(2)Forthetransducermechanismoftheultrasonicbiologicaltreatmentsystems,theobjectiveistoestablishadifferentialequationmodelofpiezoelectrictransducer,theequivalentcircuitmodelofpiezoelectrictransducervocalandthepiezoelectrictransducerforcedvibrationequationwerecompared.Takin

8、gintoaccounttheinve