基于牛顿定律设计的无模型不确定性控制系统

在工程实践中,针对工业过程的不确定性设计便于使用和维护的控制器具有重要意义.牛顿定律是广大工程技术人员最熟悉的物理定律之一,文章基于牛顿定律提出了一种无模型不确定性控制系统及其设计方法,该方法通过构建被控系统的位置、速度和加速度三个状态变量,应用卡尔曼滤波器理论设计了牛顿运动力学观测器ONLM,并基于观测到的位置、速度和加速度设计了闭环系统补偿器,构成MFCNLM(Model-Free Control based on Newton's Laws of Motion)无模型控制系统,使得系统输出跟踪期望的输出轨迹.本文更进一步地提出了 PID(Proportional Integral Derivative)控制器设计的牛顿力学原理,分析和论证了 MFCNLM控制方法与PID控制方法在控制系统设计上的牛顿力学统一性原理.文章所提出的设计方法不需要被控对象的数学模型,仅需控制工程师给出闭环控制系统期望的过渡过程时间TT.文章给出了 4个仿真研究和工程应用例子,具体展示了基于牛顿定律的MFCNLM控制系统与PID控制器的设计方法,结果表明所提方法对不确定系统具有良好的控制品质和鲁棒性能.