分数阶pi~λd~μ控制器设计与应用研究

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1、乂连强＾大聋Ｄ化ＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ损王等恆巧交ＭＡＳＴＥＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ；鱗ｗ分数阶ＰＰＤＰ控制器设计与应用研究学掛专业控制理论与控制工程作者姓名＿张＿＿麼＿巧导巧师仲祟权教授，—Ｉ－１—＂Ｉ．－２Ｏ１６ＩＯ＾＾Ｊ０＿＿＿＿＿答辩日期＿＿Ｉｔ■！硕±学位论文＾＾分数阶ＰＩＤ控制器设计与应用研究ＳｔｕｄｙｏｎＤｅｓｉｎａｎｄＡｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｒａｃｔｉｏｎａｌＯｒｄｅｒｇｐｐＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ作者

2、姓名：张廬学科、专业；巧制理论与控制工稻学号；２１３０９１３１指导教师：仲崇权壳成日期２０１６年６月１０日；乂連巧义乂緣ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中己经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体己经发表的研究成果，也不包含其他己申请一学位或其他用途使用过的成果。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有

3、不实之处，本人愿意承担相关法律责任。巧公，教巧ｌｖ始到紫巧种巧刮ｔ良学位论文题目：ｆ：鄭砍日期：年／月八日作者签名大连理工大学硕±学位论文摘要分数阶微积分理论是任意阶积分和微分的理论。随着分数阶微积分理论研究的不断Ｉ＊Ｉ发展，分数阶微积分理论在控制领域的应用也逐渐成为研究热点，其中拉，分数阶Ｐ控制器的提出是分数阶微积分理论在控制领域应用的一个里程碑。将分数阶微积分引入＊＾化＾到传统ＨＤ控制器就得到了分数阶）控制器，即将传统ＰＩＤ控制器的整数阶微积分环节变为分数阶微积分，分数阶次的引入使控制器结构更加灵活，然而，分数阶微积分

4、Ｉ趴控制器的数字实现更加复杂的引入使得分数阶ＰＩ，控制参数的增多也使得控制器的＾＂一，ＰＩＤ参数整定变得更加困难同时，分数阶控制器在实际应用中的性能也有待进步验证。针对上问题，本文主要做了下研巧工作。首先，介绍了分数阶微积分的基本概念和分数阶ＰＩ吧４空制器的形式，并深入研究了分数阶微积分的多种近似方法レッ及分数阶ＰＩ也巧空制器的数字实现方法，包括时域近似法和Ｚ域近似法；然后，研究了目前己有的分数阶控制器参数整定方法，包括．’极点阶数搜索法，、幅值与相位裕量法和优化方法并实现了遗传算法、粒子群算法和量子粒子群算法Ｈ种优化方法，首次将量子粒子

5、群优化算法用于分数阶ＰＩ＾）咕宅制器的参１数整定，比较了几种优化算法在分数阶Ｐ内＞控制器参数整定中的效果，结果表明，量＾子粒子群算法在分数阶ＰＩＤ巧空制器的参数整定中取得了更好的整定结果；同时，论文中针对不同类型被控系统分别设计整数阶ＰＩＤ控制器和分数阶控制器，比较了两种控制器的控制性能，结果表明，针对不同类型被控系统分数阶控制器都具备比整数阶ＰＩＤ控制器更好的控制性能，在小范围内分别改变控制器参数和被控系统参数比Ｉ攻ＩＩ较阶跃响应曲线，验证了分数阶Ｐ控制器具有较强的鲁棒性，同时分别改变分数阶＾ＰＩＤ巧空制器五个控制参数的值，研究各参数变化对控

6、制器控制性能的影响；最后，在理论研究的基础上，本文高低温试验箱为被控对象进行了实验验证，用时域近似法数字实现了分数阶控制器，在相同的温度设置和实验条件下，分别实现了用整数阶ＰＩＤ＾控制器和分数阶ＰＩＤ呕制器控制高低温试验箱，通过实验比较了整数阶ＰＩＤ控制器和分数阶ＰＩ也制器在实际应用中的控制效果，验证了分数阶控制器的可用性和优ＰＩ也ｔ越性，对普及分数阶輕制器的实际应用具有较好的现实意义。‘关键词：分数阶ＰＩＭ＞拴制器；数字实现；参数整定；量子粒子群算法；高低温试验箱－－Ｉ分数阶ＰＩ屯啦制器的设计和实验研究ＳｔｕｄｏｎＤｅｓｉｎ

7、ａｎｄＡｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｒａｃｔｉｏｎａｌＯｒｄｅｒＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｙｇｐｐＡｂｓ化ａｃｔＴｈｅ化ｅｏｒｙｏｆｆｒａｃｔｉｏｎａｌｏｒｄｅｒｃａｌｃｕｌｕｓｉｓ化ｅ化ｅｏｒｙｏｆａｒｂｉｔｒａｒｙｃｍｋｒｉｎｔｅｇｒａｌａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ．Ｗｉ化化ｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ化ｅｆｒａｃｔｉｏｎａｌｏｒｄｅｒｃａｌｃｕｌｕｓ化ｅｏｉｙｓｔｕｄｙ，化ｅａｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｒａｃｔｉｏｎａｌｏｒｄｅｒ