带有非线性环节的航空发动机执行器部分的PID参数整定

【类型】学位论文

【作者】王寒星 

【关键词】 非线性 航空发动机 PID控制 优化

【摘要】PID控制是当今控制理论中最有效最传统的控制方法之一,因其具有算法简单、可靠性高和鲁棒性好等特性,因此在运动控制和过程控制中被广泛使用。众所周知,在实际生产中,理想的线性系统并不存在,都会或多或少地存在着不同程度的非线性环节。例如存在于航天发动机系统中的时滞特性。在实际系统中,如果存在过多的非线性环节,那样就会对系统稳定性能造成一定的影响,甚至造成毁灭性的灾难。因此,确定带有非线性环节系统的PID参数稳定域,通过对参数的整定,在所得的PID控制器参数稳定域中找到满足被控系统闭环控制要求的PID参数,具有十分深远的意义和应用价值。本文针对实际控制系统中两种典型的非线性环节：饱和环节和死区环节,讨论分析了带有非线性环节系统的PID参数稳定域的确定问题。当系统中带有非线性环节时,可以基于描述函数法,首先将非线性部分利用描述函数N(A)进行表示,按规律通过A取不同的值,得到N(A)的集合,根据该集合,将非线性系统描述成一个线性系统簇,再根据被控对象的逆Nyquist图,基于Hermite-Biehler定理及推广定理,运用“逆时针”规律,通过对线性系统簇参数的研究,稳定域求交,得出了带有非线性环节系统的PID参数稳定域的确定方法。接下来引入稳态性能指标,在频域范围内分析了基于稳定裕度约束下的带有非线性环节系统的PID参数稳定域的确定问题,通过将幅值约束h或相角约束r作为复数域的比例增益来处理的方法,利用求交,得出了基于稳定裕度下带有非线性环节系统的PID参数稳定域的确定方法。最后,利用单纯形法和内点罚函数法进行优化,在前面求得的稳定域内求出最优解。仿真实例验证了所给算法的简洁性和有效性。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】东北大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】杨光红

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