基于迭代学习控制的铝型材等温挤压的技术研究

论文摘要

迭代学习控制（Iterative Learning Control, ILC）,是伴随着计算机（PC）的应用技术逐步发展起来的。作为自动控制与人工智能相结合的一类新型的控制技术,迭代学习控制非常适合用于具备重复周期性运动特征的被控系统或被控对象,能够有效的实现一定时间区间内任意精度的迭代跟踪。因其简单而有效的控制优势,迭代学习控制越来越多的受到了科研人员的广泛关注,特别是近几年在各个领域都有着十分广泛的应用。论文研究工作的目的是实现对铝型材挤压机的出期望口温度的精确跟踪,以其控制系统作为控制对象,研究各类迭代学习控制算法在其控制过程的应用。论文的主要研究内容有：（1）针对铝及铝型材生产行业的发展过程和现状,列举了各类铝型材挤压机,对其相应的挤压技术给予简介；然后综述了等温挤压技术的提出和发展,列写了等温挤压技术的基本原理和数学描述,并对国内外等温挤压技术给予简述。（2）论述了迭代学习控制的一些基本原理、概念与数学描述,包括D型、P型、PID型迭代学习律,以及开环与闭环等迭代学习控制形式。针对D型、P型、PID型迭代学习律,以及开环与闭环等迭代学习的收敛条件进行了分析与论证。（3）设计了基于开环与闭环等迭代学习律的PID型迭代学习控制系统,并对几类被控对象进行了MATLAB迭代控制仿真,结果证明迭代跟踪效果良好。（4）分析了铝型材等温挤压的具体过程,基于铝型材挤压机的控制机理提出了出口温度-挤压功率（T-P）的数学模型,并利用一次完成最小二乘法辨识出了该模型,将一组新的实际生产测量的实时数据代入模型验证了（T-P）模型可以精确描述实际生产过程。（5）基于开环与闭环PID型迭代学习控制律对该简化模型进行仿真,在MATLAB上针对期望轨迹进行了迭代跟踪,验证了迭代学习控制不仅仅具有优异的控制性能,而且在对抗各类干扰上也具有较强的稳定性与鲁棒性。论文基于铝型材挤压机的运行机理,辨识出了简化的出口温度-挤压功率（T-P）的数学模型,最终得到了基于迭代学习控制的等温挤压的PID型控制铝,能够在MATLAB环境下有效的控制被控对象实现对期望轨迹的精确跟踪,对铝型材挤压过程的等温挤压控制方法的优化和提升有着指导性的帮助。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 选题目的和意义
• 1.2.1 国内铝挤压型材行业的现状
• 1.2.2 铝型材挤压设备的现状分析
• 1.2.3 铝型材挤压技术的现状分析
• 1.3 等温挤压
• 1.3.1 等温挤压技术的简介
• 1.3.2 国内外等温挤压技术的研究
• 1.4 迭代学习控制概述
• 1.5 论文的主要工作
• 第二章 铝型材等温挤压技术的深入研究
• 2.1 等温挤压技术
• 2.1.1 等温挤压技术的原理
• 2.1.2 等温挤压的实现方法
• 2.1.3 等温挤压过程中的主要影响因素
• 2.2 等温挤压速度的研究
• 2.3 本章小结
• 第三章 迭代学习控制（ILC）理论
• 3.1 迭代学习控制的基本理论
• 3.1.1 迭代学习控制的数学描述
• 3.1.2 三种基本类型的学习律
• 3.1.3 迭代学习控制的干扰环境
• 3.2 迭代学习控制的主要研究内容
• 3.2.1 迭代学习控制的算法结构
• 3.2.2 迭代学习控制的收敛性
• 3.2.3 迭代学习控制的初值问题
• 3.2.4 迭代学习控制的鲁棒性
• 3.3 迭代学习控制与其他控制方法的对比
• 3.3.1 与反馈控制的对比
• 3.3.2 与逆动力学控制的对比
• 3.3.3 与逆自适应控制的对比
• 3.3.4 与模糊控制的对比
• 3.4 迭代学习控制算法的仿真验证与对比分析
• 3.4.1 开环迭代学习控制算法的仿真验证
• 3.4.2 闭环迭代学习控制算法的仿真验证
• 3.4.3 开、闭环迭代学习控制仿真结果的对比分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 铝型材等温挤压控制机理模型的辨识与建立
• 4.1 等温挤压过程机理分析
• 4.2 等温挤压过程温变分析
• 4.3 建立闭环等温控制系统
• 4.4 等温挤压控制系统的模型辨识
• 4.5 本章小结
• 第五章 开、闭环迭代学习控制的仿真与分析
• 5.1 开环PID型迭代学习控制的仿真
• 5.1.1 开环PID型迭代学习控制的结构
• 5.1.2 算法描述及收敛性分析
• 5.1.3 开环ILC应用于铝型材等温挤压的仿真结果
• 5.1.4 仿真结果分析
• 5.2 闭环PID型迭代学习控制的仿真
• 5.2.1 闭环PID型迭代学习控制的结构
• 5.2.2 算法描述及收敛性分析
• 5.2.3 闭环ILC应用于铝型材等温挤压的仿真结果
• 5.2.4 仿真结果分析
• 5.3 开、闭PID型迭代学习控制律的比较分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 基于迭代学习控制的二维模型P型控制策略
• 6.1 二维模型理论的简介
• 6.2 二维系统的描述
• 6.2.1 统一形式
• 6.2.2 二维系统
• 6.3 基于ILC的P型控制策略的研究与仿真
• 6.3.1 问题描述
• 6.3.2 基于迭代学习控制的P型控制器设计
• 6.3.3 基于ILC的P型控制策略的二维描述
• 6.3.4 二维系统的稳定性分析
• 6.3.5 T-P模型在二维系统下的迭代学习控制的仿真与分析
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文