基于扩张状态观测器控制算法的改进研究

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1、中图分类号：学校代码：10055UDC：密级：公开硕士学位论文基于扩张状态观测器控制算法的改进研究ImprovementofControlAlgorithmBasedOnExtendedStateObserver论文作者张园指导教师孙明玮副教授申请学位工学硕士培养单位计算机与控制工程学院学科专业控制科学与工程研究方向智能预测自适应控制答辩委员会主席孙青林教授评阅人陈增强教授、段峰副教授南开大学研究生院二○一六年五月南开大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的研究成果。

2、除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：2016年月日非公开学位论文标注说明(本页表中填写内容须打印)根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本说明为空白。论文题目申请密级□限制(≤2年)□秘密(≤10年)□机密(≤20年)保密

3、期限20年月日至20年月日审批表编号批准日期20年月日南开大学学位评定委员会办公室盖章(有效)注：限制★2年(可少于2年);秘密★10年(可少于10年);机密★20年(可少于20年)南开大学研究生学位论文作者信息论文题目基于扩张状态观测器控制算法的改进研究姓名张园学号2120130350答辩日期2016年5月21日论文类别博士□学历硕士专业学位硕士□同等学力硕士□划√选择学院(单位)计算机与控制工程学院学科/专业(专业学位)名称控制科学与工程联系电话电子邮箱通信地址(邮编)：津市津南区同砚路非公开论文编号备注注：本授

4、权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写一份并签字后交校图书馆，如已批准为非公开学位论文，须附批准通过的《南开大学研究生申请非公开学位论文审批表》和“非公开学位论文标注说明”页。摘要摘要扩张状态观测器是自抗扰控制技术最重要的组成部件，其核心思想是：将系统的不确定性(内部摄动)和外部扰动看作一个总扰动并将其扩张成一个新状态，对其进行实时估计，然后通过反馈进行补偿，从而消除总扰动对控制系统的影响。扩张状态观测器只需已知被控对象的输入和输出信息，降低了控制器对被控对象精确模型的依赖性。广义预测控制器是一种与先前

5、多数预测控制算法相比鲁棒性更强的控制策略。但是，存在在线计算量大的问题。针对非线性系统，广义预测控制并没有一个统一的解决策略。本文利用扩张状态观测器，结合比例控制器和广义预测控制技术，提出了几种鲁棒性较强的控制策略，主要工作概括如下：(1)针对工业中具有强非线性和耦合性的强制循环蒸发系统，结合扩张状态观测器和比例控制器，提出了一种鲁棒性较强的线性定常自抗扰解耦控制方法，同时，提出一个能评价闭环系统解耦程度的适应度函数，利用粒子群优化算法，对其控制参数进行整定。该控制器为线性非时变的，控制律简单易于实现，对被控对象模型依

6、赖程度低，对化工过程控制有指导作用。(2)针对典型的非线性系统——混沌(超混沌)系统控制与同步问题，结合扩张状态观测器和广义预测控制器，设计了一种基于线性全维扩张状态观测器的快速全线性广义预测控制算法，降低了广义预测控制的在线计算量，避免了对非线性混沌系统预测模型的辨识。(3)针对基于线性全维扩张状态观测器的快速广义预测控制算法，提出一种改进方法，避免了传统预测模型中的固有积分器环节，增加控制器的稳定性，同时也再一次降低了计算量。为利用广义预测控制器解决线性和非线性系统控制问题，提供了一种统一的解决策略。三种基于扩张状

7、态观测器的线性定常改进控制算法，都能较好地处理非线性系统控制问题。三种改进线性定常控制器对被控对象的精确数学模型依赖程度较低，控制律简单，计算量较小，鲁棒性较强。I摘要关键词：自抗扰控制；扩张状态观测器；广义预测控制；粒子群算法；混沌系统IIAbstractAbstractExtendedstateobserver(ESO)isthecorecomponentofactivedisturbancerejectioncontrol.ThepivotalideaofESOisthattheuncertaintyofthes

8、ystemandtheexternaldisturbanceareconsideredasatotaldisturbance,anditcanbetakenasanewextendedstate.Thenthenewextendedstatecanbeestimatedinrealtimeandcompensatedforfeed