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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳俊光
研究生(外文):Jung-Guang Chen
論文名稱:變動區間系統PID控制器之設計
論文名稱(外文):Design of PID Controller for Interval Plants
指導教授:鄧清政
指導教授(外文):Ching-Cheng Teng
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:電機與控制工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:58
中文關鍵詞:PID控制器變動區間系統
外文關鍵詞:PID controllerInterval Plants
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摘 要
以往的古典控制理論,乃是利用一些基本方法如根軌跡圖(Root Locus)、羅斯穩定準則(Routh Stability Criterion)、奈氏圖(Nyquist Plot)、波德圖(Bode Plot)及尼可圖(Nichols Chart)來判斷固定參數受控體(Plant)的穩定性,並依據所需規格(時域或頻域)來設計控制器。
本論文先介紹變動區間系統的相關理論,包括Kharitonov定理、Mikhailov準則、剔零原理(Zero Exclusion Principle)及極值系統(Extremal System)等,並討論變動區間多項式的穩定度。
然後將變動區間系統套入奈氏圖、波德圖及尼可圖中,討論該系統的穩定度,並定義增益邊限(Gain Margin,GM)及相位邊限(Phase Margin,PM)。
最後則是以基本的二階變動區間系統為主,配合增益波德圖的上邊界(upper bound)及相位波德圖的下邊界(lower bound),透過簡單的數學推導,來設計符合所需規格的PID控制器,並舉例說明如何設計,再以奈氏圖、波德圖及尼可圖來檢查受控系統補償後的穩定度。並且說明本論文所提方法優點及可行性。
ABSTRACT
In classic control theory, we can usually apply methods including root locus, Routh stability criterion, Nyquist plot, Bode plot and Nichols chart to design the controllers such that the resulting systems meet the specifications of time or frequency domain.
In the thesis, we first introduce some theory about interval system including Kharitonov theory, Mikhailov criterion, zero exclusion principle and extremal system to discuss the stability of interval parametric polynomial.
Then, we use the methods of Nyquist plot, Bode plot and Nichols chart to check the stability of an interval system and define the gain and phase margins.
Lastly, we use the upper bound of Bode plot in gain and the lower bound of Bode plot in phase to design a PID controller of an interval system. We also use Nyquist plot, Bode plot and Nichols chart to check the system stability after compensation.
第一章 緒論 1
1-1研究動機…………………………………………...….………….1
1-2論文內容概要……………………………………….……..……..2
第二章 變動區間系統穩定度相關理論 3
2-1 Kharitonov定理和Kharitonov矩形…………….…..……..……3
2-2 Mikhailov準則……………………………………………………5
2-3 剔零原理(Zero Exclusion Principle)及極值系統
(Extremal System)應用………………….……...……………. 9
第三章 變動區間系統穩定度之探討 17
(奈氏圖、波德圖及尼可圖)
3-1 奈氏圖 (Nyquist Plot)…………………..……………………..18
3-1-1 固定參數系統所使用的奈氏圖…………………………..18
3-1-2 變動區間系統所使用的奈氏圖……………….………….22
3-2 波德圖 (Bode Plot)...………………………………………….25
3-2-1 固定參數系統所使用的波德圖………………………..…25
3-2-2 變動區間系統所使用的波德圖…………………….…….28
3-3尼可圖 (Nichols Chart)………………………………………..31
3-3-1 固定參數系統所使用的尼可圖………………….……….32
3-3-2 變動區間系統所使用的尼可圖……………….………….34
第四章 二階變動區間系統PID控制器之設計 37
4-1二階變動區間系統………………………………...……………37
4-2 PID控制器設計方法…..…………….…………….…………...39
4-3 模擬分析…………..……………………………….…………..42
第五章 結論 53
參考文獻 54
圖目錄
圖2-1 Kharitonov矩形……………………………………………..…..4
圖2-2 範例1的Kharitonov矩形…….……………………………….5
圖2-3 Mikhailov Locus…………………….…………………….……..6
圖2-4 Kharitonov矩形移動軌跡( )…………..….8
圖2-5 Kharitonov矩形移動軌跡 ( )……………….8
圖2-6 單一回授控制系統………………………...…………………....9
圖2-7 極值系統所產生的最大及最小增益值…………………….….12
圖2-8 極值系統所產生的最大及最小相角值….…..…………….…..12
圖2-9 範例3 Kharitonov矩形移動軌跡( )……14
圖2-10範例3 Kharitonov矩形移動軌跡( )……14
圖2-11範例4 Kharitonov矩形移動軌跡( )……16
圖3-1奈氏曲線 (Nyquist Contour)…………………..……………...19
圖3-2固定參數系統之GM和PM的定義………..…………………20
圖3-3範例5之奈氏圖………………………..………..………….….20
圖3-4變動區間系統奈氏圖GM及PM的定義………………….….22
圖3-5範例6 32極值系統之奈氏圖.……..………………………….24
圖3-6範例6模板移動之奈氏圖……….…………………………….24
圖3-7 穩定的閉迴路系統中GM與PM的關係.……………………26
圖3-8 不穩定的閉迴路系統中GM與PM的關係.…………………27
圖3-9 範例7之波德圖…………………………..………………..….27
圖3-10變動區間系統波德圖GM與PM的定義……………………29
圖3-11範例8之波德圖………………………..………..……………31
圖3-12 固定系統所使用的尼可圖……..……………..…………..…32
圖3-13範例9之尼可圖………………………..…………….……..…33
圖3-14變動區間系統尼可圖GM與PM的定義………….…………33
圖3-15範例10 32極值系統之尼可圖.…………...…………………35
圖3-16範例10模板移動之尼可圖….………….……………………36
圖4-1範例11的增益及相位圖……………………..………………..39
圖4-2範例12補償前之波德圖………………………..……………..43
圖4-3範例12補償前之奈氏圖………….…………………………...44
圖4-4範例12補償前之尼可圖…..…………………………………..44
圖4-5範例12補償後之波德圖……………………………………....46
圖4-6範例12補償後之奈氏圖……………………………………….47
圖4-7範例12補償後之尼可圖…………………..…………………..48
圖4-8範例12補償後之步階響應圖(PID控制器).………….………49
圖4-9範例12補償後之步階響應圖(PI控制器).……………………49
圖4-10範例13補償前之波德圖……………….……………………50
圖4-11範例13補償後之波德圖.……………………………...……..52
圖4-12範例13補償後之奈氏圖……..……….………………………53
圖4-13範例13補償後之尼可圖…………….………………………..53
圖4-14範例13補償後之步階響應圖(PID控制器)…..……….…..…54
圖4-15範例13補償後之步階響應圖(PI控制器)…….……….…..…54
參考文獻
[1] Astrom, K.J. and Hagglund, T., “The future of PID control”, Control Engineering Practice 9, pp.1163-1175, 2001.
[2] Bhattacharyya, S. P. and Keel, L. H., “A generalization of Mikhailov’s criterion with application”, Proceedings of the American control conference, June 2000.
[3] Bhattacharyya, S. P. and Keel, L. H., Control of Uncertain Dynamic Systems, CRC Press Inc., 1991.
[4] Bhattacharyya, S. P., Chapellat, H., and Keel, L. H., Robust Control : The Parametric Approach, Prentice-Hall, 1995.
[5] Chai, T. and Zhang, G. “A new self-tuning of PID regulators based on phase and amplitude margins specification”, ACTA Automatica Sinica, vol.23, no.2, pp. 167-172, 1997.
[6] Franklin, G. F., Powell, J. D., and Abbas, E. H., Feedback Control of Dynamic System, Third Edition, Addison Wesley, 1994.
[7] Ho, W. K., Hung, C. C., and Cao, L. S., “Tuning of PID controllers based on gain and phase margins specifications’’, Automatica, vol.31, no.3, pp.497-502, 1995.
[8] Hollot, C. V. and Tempo, R., “On the Nyquist envelop of an interval plant family”, Proceedings of the American control conference, pp. 861-864, Boston, MA, 1991.
[9] Kharitonov, V. L., “ Asymptotic stability of an equilibrium position of a family of systems of linear differential equations”, Differential Equations, vol.14, pp.1483-1485, 1979.
[10] Kuo, B. C., Automatic Control Systems, Sixth Edition, Prentice Hall, 1991.
[11] Silva, G. J., Datta, A., and Bhattacharyya, S. P., “PID Tuning Revisited : Guaranteed Stability and Non-Fragility”, Proceedings of the American Control Conference, pp. 5000-5006, Anchorage, AK, May 8-10, 2002.
[12] Tan, N. and Atherton, D. P. “Stability and performance analysis in an uncertain world”, IEE Computing & Control Engineering journal, pp. 91-101, 2000.
[13] Wang, Q.G., Hang, C.C., Yang, Y., and He, J.B., “Quantitative robust stability analysis and PID controller design”, IEE Proceedings Control Theory Appl., vol. 149, no. 1, pp. 3-7, 2002.
[14] Wang, Q.G., Fung, H. W., and Zhang, Y., “PID tuning with exact gain and phase margins”, ISA Transaction 38, pp. 243-249, 1999.
[15] Weinmann, A., Uncertain models and robust control, Spring-Verlag, 1991.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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