1、分類(lèi)號(hào)UD‘二密級(jí)從開(kāi)單位代碼IQ〕組淬火爐爐溫BackstePPing與最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)及仿真研究孫威指導(dǎo)教師王興成職稱教授學(xué)位授予單位大連海事大學(xué)申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩士學(xué)科與專(zhuān)業(yè)控制理論與控制工程論文完成日期2008年5月論文答辯日期2008年7月答辯委員會(huì)主席王寶武中文摘要摘要本文研究了基于BackstePping控制算法及最優(yōu)控制算法的大型淬火爐的爐溫控制問(wèn)題。首先，對(duì)淬火爐中金屬鍛件加熱過(guò)程的傳熱機(jī)理進(jìn)行了分析，結(jié)合工程實(shí)際情況建立了

2、在淬火爐中加熱的金屬工件的一維分布參數(shù)溫度數(shù)學(xué)模型。其次，采用結(jié)構(gòu)變換的方法，并結(jié)合積分BackstePPing設(shè)計(jì)思想，以淬火爐的數(shù)學(xué)模型為對(duì)象，設(shè)計(jì)了一種新型的BackstePping邊界狀態(tài)反饋控制器。這種BackslePPing控制器在求解過(guò)程中不需要求解算子Riccati方程，只需要解一個(gè)線性幻dn司Gdon型的雙曲線PDE(稱為核函數(shù))。此方法不需要用到高深的數(shù)學(xué)理論，不需要進(jìn)行大量計(jì)算，只需用簡(jiǎn)單的方法就可以解出核函數(shù)的解

3、析解更重要的是這種算法對(duì)本文中的數(shù)學(xué)模型來(lái)說(shuō)，都可以得到封閉的控制器，得到邊界控制法則增益核函數(shù)的顯示表達(dá)式，進(jìn)而能求出被控系統(tǒng)閉環(huán)狀態(tài)的解析解。采用此種Backstepping邊界狀態(tài)反饋控制器對(duì)本文中建立的淬火爐動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行仿真，從仿真結(jié)果可以看出此種控制器鎮(zhèn)定系統(tǒng)的效果非常好，到達(dá)了控制要求。最后，在用上述方法求出的變換核函數(shù)顯式解的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種可逆最優(yōu)控制器。本文中設(shè)計(jì)的這種最優(yōu)控制器與最優(yōu)控制通常采用的LQR控制器不同，

4、它避兔了求解算子Riccati方程，只需求解一個(gè)線性雙曲線PDE。雖然這種PDE方程在概念上沒(méi)有算子形eeati方程應(yīng)用的那么普遍，但是在求解的計(jì)算量上卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于后者。從實(shí)際的應(yīng)用角度看，此控制器不但能夠鎮(zhèn)定系統(tǒng)，而且可以最小化代價(jià)函數(shù)。采用這種可逆最優(yōu)控制器對(duì)本文中建立的淬火爐數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了仿真研究從結(jié)果上來(lái)看，控制器效果理想，既達(dá)到了系統(tǒng)鎮(zhèn)定的目的，又最小化了代價(jià)函數(shù)。關(guān)鍵詞:淬火爐分布參數(shù)系統(tǒng)BackstePping控制:最優(yōu)控制