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1、现代限制理论的应用物联网工程王力 2021117322现代限制理论：狭义的是指60年代开展起来的采用状态空间方法研 究实现最优限制目标的限制系统综合设计理论；广义的是指60年代以来开展起来的所有新的限制理论与方法.采用状态观测器对系统状态进行估计 或称重构实际反应限制主要 优点是理论体系严谨完整；可获得理想的最优限制性能,设计过程较少依 赖经验试凑；主要缺点是要求系统模型准确,否那么实际限制性能并非最优, 即限制系统鲁棒差；理论较抽象,缺乏直观性,不易理解, 需要较多数学 知识；性能指标函数中的加权 Q和R选取无定量准那么可循,也需凭经验 选取,故设计结果也与设计人员有关.自动限制系统是指为实
2、现自动限制目标由自动化仪表与被控对象所 联接成闭环系统.其组成结构是由被控对象、测量代表、限制器或调节器 和执行器构成反应闭环结构,其形式有单回路形式和串级双回路形式；性 能指标：定性的有稳定性、准确性、快速性；限制律或限制 策略、限制算法：限制系统中限制器或调节器所采用的限制策略,即用 系统偏差量如何确定限制量的数学表示式.现代限制理论主要应用于航空类飞行器限制现代限制理论是基于时 域的系统分析方法,目前根本都是高端如火箭发射,导弹制导之类的复杂 系统基于动态矩阵的预测限制等.比方在汽车中运用的自适应限制,汽车 制动防抱死系统的限制,自适应估计等定速巡航系统的初衷是让车辆运行 在最正确的发动
3、机转速一油耗平衡点,汽车发动机的转速跟扭矩、油耗是有 一定比例关系的,单位距离油耗最省的发动机转速所对应的速度就是巡航 速度,这个定速巡航巡航系统就是个典型的现代限制系统,车辆快了,它帮你松油门,车辆慢了,它帮你踩.现代限制理论的应用于实际存在的很大的问题是系统模型是否准确可靠,由于模型如果不可靠,理论的完美与否也没有任何意义 中的自适应限制就是对现代限制论的一个很好地应用2.1自 适应系统的原理框图控*限制量“F,被控对象自适应器而在汽车自适应系统主要由限制器、被控对象、自适应器及反应限制回路和自适应回路组成自适应限制系统有三个显著特点:1、限制器可调：相对于常规反应限制器固定的结构和参数,
4、自适应 限制系统的限制器在限制的过程中一般是根据一定的自适应规那么,不断更改或变动的；2、增加了自适应回路：自适应限制系统在常规反应限制系统根底上 增加了自适应回路或称自适应外环,它的主要作用就是根据系统运行 情况,自动调整限制器,以适应被控对象特性的变化；3、适用对象：自适应限制适用于被控对象特性未知或扰动特性变化 范围很大,同时又要求经常保持高性能指标的一类系统, 设计时不需要完 全知道被控对象的数学模型.一、自适应限制在汽车主动悬架上的应用：应用于主动悬架的自适应限制方法主要有增益调度限制、模型参考自适应限制和自校正限制三 类：增益调度限制是一种开环自适应限制, 通过监测过程的运行条件来
5、改 变限制器参数；模型参考自适应限制即简化自适应限制通过跟踪一个 预先定义的参考模型,根据反应和辅助限制器参数的自适应限制规那么, 使 非线性时变的悬架系统到达预期的最优性能；自校正限制是将受控对象参数在线估计与限制器参数整定相结合,形成一个能自动校正限制器参数的 离散实时计算机限制系统即数据采样系统,是目前应用最广的一类 自适应限制方法.自适应限制方法已在德国群众汽车公司的底盘上得到了 应用.模型参考自适应限制模型参考自适应限制系统STR是70年代开展起来的一种随机自适应限制,产生背景是：工业 过程限制由于强随机干扰、模型未知、 参数时变、大时滞等因素,导致常 规的限制方法效果差.它是参数在
6、线估计与随机最小方差限制的结合,已有广泛的应用成果,其难点在于收敛性.参考模型车辆动力学模型簧上质量为500千克簧上质量为300千克轮胎动载荷600400200Q-2W400一 600TOO口寸间也被动自适施悬架动变形匚、最优限制理论在电力系统励磁限制中的应用1、基于非线性最优和PID技术的综合励磁调节器对于非线性系统的同步发电机而言,当它偏离系统工作点或系统发生较大 扰动时,如果仍然采用基于 PID技术的电力系统稳定器,就会出现误差. 为此,可以将其用基于非线性最优限制技术的励磁调节器.但是,非线性最优限制调节器存在着对电压限制水平较弱的缺点,所以用一种能够将非 线性最优励磁调节器和 PID
7、技术的电力系统稳定器有机结合的新型励磁 调节器的设计原理.2、自适应最优励磁限制器将自适应限制理论与最优限制理论相结合, 通过多变量参数辨识、最优反 馈系数计算和限制算法运算三个环节,可以实现同步发电机励磁的自适应 最优限制.3、基于神经网络逆系统方法的非线性励磁限制神经网络逆系统方法将神经网络对非线性函数逼近学习水平和逆系 统方法的线性化水平相结合,构造出物理可实现的神经网络逆系统, 从而 实现了对被控系统的大范围线性化,能够在无需系统参数的情况下构造出 伪线性复合系统,从而将非线性系统的限制问题转化为线性系的限制问 题.4、基于灰色预测限制算法的最优励磁限制预测限制是一种计算机算法,它采用
8、多步预测的方式增加了反映过程未来变化趋势的信息量,因而能克服不确定性因素和复杂变化的影响. 灰色预 测限制是预测限制的一个分支,它需建立灰微分方程,能较好地对系统作 全面的分析.应用GM(1 , N)对发电机的功率偏差、转速偏差、电压偏差 序列值进行建模,经全面分析后求出各状态量的预测值, 同时根据最优控 制理论求出以预测值为状态变量的被控励磁限制系统的最优反应增益,从而得出具有预测信息的最优励磁限制量.三、运载火箭的制导和限制把航天器送入预定的轨道需要用多级火箭运载,具制导和限制系统必 须根据预先设计的发射弹道来限制火箭发动机的屡次启动和关机,并相应地稳定和调整火箭的姿态,还需要限制级间别离.现代火箭制导采用最优 化理论和小型数字计算机的迭代制导方法,根据火箭受扰动后的运动状态 参数来选择最优或次优的弹道,因此具有较大的灵活性,并可获得较大的 运载水平.1、迭代制导已经用于美国“土星号运载火箭和“阿波罗飞船的登月 飞行.2、另一种更完善的综合制导方法是在限制系统中配备姿态限制子系统(硬 件称自动驾驶仪).