混沌优化反馈校正串级控制.pdf

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1、第２期李青芮等．混沌优化反馈校正串级控制１２５混沌优化反馈校正串级控制１２１李青芮李平张鹏（１．西北工业大学自动化学院，西安７１００７２；２．辽宁石油化工大学信息与控制工程学院，辽宁抚顺１１３００１）摘要针对串级控制系统控制器参数不好选取的问题，提出一种混沌优化反馈校正方法。该方法利用混沌遍历性首先对内环被控对象进行模型识别，然后根据识别出的模型进行离线控制器参数优化，再对整体进行模型识别得到控制器参数，最后设计反馈校正主控制器。以数学模型为被控对象进行了仿真，仿真结果表明：该控制方法具有较强的跟踪能力和鲁棒性。关键词串级控制混沌优

2、化反馈校正中图分类号ＴＰ１３文献标识码Ａ文章编号１０００-３９３２（２０１５）０２-０１２５-０４在复杂工业过程控制中，串级控制系统利用几乎每一个值。利用此性质就可以将任意一个变率非常高，因此建立一个较好的串级控制系统十量映射到一定的域内，遍历此域内的每一个值从［６］分重要。串级控制系统具有改善过程的动态特而进行全局搜索。性、提高系统控制质量、迅速克服进入副回路的二1．2系统反馈校正方法次扰动、提高系统工作频率及对负荷变化的适应控制器的设计基于被控对象的数学模型，首性较强等特点。串级控制方法成功使用在液压仿先假设被控对象的开环传递函

3、数为：［１，２］真转台和ｃｖＴ速比控制系统中，但是其算法非KG１（s）＝（２）（T１s＋１）（T２s＋１）⋯（Tns＋１）常复杂，不容易操作。专家ＰＩＤ的控制方法成功［３～５］其中K是系统增益，Tn是系统时间常数。应用在主汽温控制系统中，但此方法参数的将所期望的系统闭环传递函数规定为如下形选取极其复杂。式：笔者提出一种基于混沌优化的反馈校正控制１方法，首先通过混沌映射的方法对副回路进行数G（s）＝m，m＝１，２，３，⋯（３）（Ts＋１）学辨识，得到其传递函数后依据辨识出的数学模其中T为可调参数，随着T变大，闭环响应速型进行离线ＰＩＤ

4、参数优化，确定副回路控制器后，度变慢；T变小，闭环响应速度变快。因此，控制对整个被控对象进行传递函数辨识，最后依据被器的传递函数可由下式来表示：辨识出的传递函数构造控制器对被控对象进行控（T１s＋１）（T２s＋１）⋯（Tns＋１）制。以某主汽温控制系统为被控对象进行仿真研H（s）＝m（４）K［（Ts＋１）－１］究，仿真结果表明该方法具有较好的控制效果。控制器的输入输出关系为：该方法的优点在于一切参数自动优化，鲁棒性能高，可以承受模型时间常数±２５％和增益±４０％u（s）＝（T１s＋１）（T２s＋１）⋯（Tns＋１）e（s）－mmKT

5、s的变化而不失去控制能力。mmm1控制方法基本原理①（Ts＋１）－Ts－１mmu（s），m≥n（５）Ts1．1混沌映射其中e（s）是系统反馈与目标值的误差。生态学中的虫口模型（即Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射）如根据式（５）构造控制器。下：Xn＋１＝uXn（１－Xn），n＝１，２，３，⋯（１）①收稿日期：２０１４-１２-２５（修改稿）其中Xn∈（０，１）。当u＝４时，将发生混沌映基金项目：辽宁省自然科学基金资助项目（２０１０２１２７）；辽宁射，只要n取一定的数值，Xn会遍历０～１之间的省高校创新团队支持计划项目（２００９Ｔ０６２，ＬＴ２０１０

6、０５８）１２６化工自动化及仪表第４２卷1．3控制器参数优化方法参数进行整定，流程如图１ｂ所示；控制器参数优化分为４步：c．将步骤ｂ得到的ＰＩＤ参数代入模型，利用a．利用混沌映射对系统副回路进行数学辨步骤ａ的方法辨识整个被控对象的传递函数；识，流程如图１ａ所示；d．采用系统校正方法设计控制器对被控对b．利用混沌映射对系统副回路ＰＩＤ控制器象进行控制。图１控制器参数优化相关流程2仿真研究2．2ＰＩＤ参数优化［７］对某主汽温控制系统进行仿真研究，其内对得到的W２（s）传递函数进行ＰＩＤ控制，环传递函数为：并对其参数进行优化，设置其目标闭环

7、传递函１．５８数如下：w２（s）＝２（６）（１４s＋１）１外环传递函数为：G（s）＝０．５s２＋０．２s＋１（９）２．４５w１（s）＝４（７）优化后得到的辨识曲线与目标曲线如图３所（１５．８s＋１）示。2．1内环模型混沌识别首先对内环系统的阶跃响应曲线进行模型识别，得到的曲线如图２所示，图中两根曲线的相似度极高，其中实线为目标曲线，虚线为辨识得到的曲线，得到模型传递函数如下：０．００７４３８W２（s）＝２（８）s＋０．１２５９s＋０．００４７０９图３内环ＰＩＤ目标曲线与辨识曲线优化得到的ＰＩＤ参数为：P＝２２７．８，I＝４．２６５２

8、，D＝３５．４３２。2．3识别整体模型对内环采用上述参数的模型进行整体识别，图２内环模型的阶跃响应曲线与辨识曲线结果如图４所示。在图４中阶跃响应曲线与辨识第２期李青芮等．混沌优化反馈校正串级控制１２７曲线重叠，说明相似度极高。识别出来