α-β分数阶pi控制器设计与实验

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1、万方数据分类号：TP273密级：(秘密、机密、绝密)学校代码：10057研究生学号：11817011a-p分数阶PI控制器设计与实验a—PFractionalorderPIControllerDesignandExperiment专业名称：检测技术与自动化装置指导教师姓名：王德进教授研究生姓名：郭美玲申请学位级别：工学硕士论文提交日期：2014年3月论文课题来源：国家自然科学基金学位授予单位：天津科技大学万方数据天津科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包

2、括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果内容，也不包括为获得天津科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：挪姜竣lo日期：如I毕年5月l弘日知识产权和专利权保护声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师具体指导下并得到相关研究经费支持下完成的，其数据和研究成果归属于导师和作者本人，知识产权单位属天津科技大学；所涉及的创造性发明的专利权及使用权完全归天津科技大学所有。本人保证毕业后，以本论文数据和资料发表论文或使用论文工作成果时署名第一单位

3、仍然为天津科技大学。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：挪太诠日期：2口I≯年弓月1％日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，同意公布论文的全部或部分内容，允许论文被查阅和借阅。本人授权天津科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密ll(请在方框内打“1J”)，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密l刁(请在方框内打“寸’)。作者签名：却天岭导师签名。五日期

4、：二oI毕年；月I牛日日期：J。，铲年3月’f日万方数据摘要分数阶微积分理论的提出可以追溯到300年以前，它将微积分的阶次扩大到分数乃至复数，拓展了大家所熟知的整数阶微积分的描述能力。随着人们对分数阶微积分性质的深刻理解及计算机科学技术的飞速发展，分数阶微积分已被广泛应用于许多领域。近年来，分数阶微积分学与应用已经成为控制界较为热门的研究方向，越来越多的学者开始了该领域的研究，并且取得了一定的成果。本文以3旺4JS．1型三容水箱实验平台为工程背景，介绍了分数阶微积分的基本理论、分数阶控制系统的整体结构和性质、口一夕分数阶PI控制器、口一∥分数阶PI控制器的图

5、解法参数整定、计算机控制系统中数字控制器的设计及分数阶算子的离散化，并利用水箱实验验证了口一∥分数阶PI控制器和分数阶PI控制器比较具有的一定的优越性。本文主要做了如下几个方面的工作：(1)利用唧S．1型水箱实验设备及其工作原理建立了水箱的近似整数阶数学模型，并通过MAⅡ，AB仿真软件验证了模型的准确性和有效性。(2)针对建立的水箱模型，利用针对分数阶系统设计的图解稳定性准则研究口一夕分数阶PI控制器的参数稳定域，并且讨论了参数口，夕对稳定域形状和大小的影响。得到系统的稳定域以后，在该稳定域内部进行了幅值裕度和相角裕度的设计，仿真结果表明，本文所设计的口一∥

6、分数阶PI控制器与分数阶PI控制器相比，可以获得更好的动态性能。(3)通过数字控制器的设计以及口一∥分数阶PI控制器的离散化编写控制算法，将控制算法与选定的控制器参数输入至实验设备中，通过水箱实验验证口一∥分数阶PI控制器的控制性能优于分数阶PI控制器的控制性能。本文的主要创新点是在原有分数阶PI控制器的基础上增加了一个可调参数，得到了新的口一∥分数阶PI控制器。应用图解稳定性准则，研究了如何确定口一∥分数阶PI控制器的参数稳定域和系统性能设计问题，并利用MA=rI。AB仿真和水箱实验验证了该控制器在控制性能等方面具有优势。关键词：分数阶微积分；口一∥分数阶

7、PI控制器：图解稳定性准则；稳定域；幅值裕度；相角裕度；水箱液位控制系统万方数据ABsTRACTThetheoryoffractionalordercalculuscanbetracedbackto300yearsago，ittakescalculusordertofractionalevencomplex,extendsthedescriptionabilityofthewellknownintegercalculus．Withthein-depthunderstandingoffractionalordercalculusandthedevelopmen

8、tofcomputertechnology,thef