基于输入时延的线性连续时不变系统量化分析与控制

针对网络控制系统中同时存在的网络诱导时延和量化误差问题,对系统的建模、稳定性分析、控制器设计等3个方面进行了研究。基于数量化反馈控制器和零阶保持器的工作机制,利用了扇形界方法,将系统建模为带有输入时延的时滞系统。其中,在网络控制系统的传感器到控制器通道(S-C)和控制器到执行器通道(C-A)分别加入了对数量化器,用来量化系统的状态信号和控制输入信号。运用Lyapunov理论提出了一种Lyapunov-Krasovskii泛函方法,并得到了相应的稳定性判据,该判据是以两个线性矩阵不等式(LMIs)来表示的。基于该稳定性判据,设计了量化状态反馈控制器使得闭环系统渐近稳定。研究结果表明:两个量化器的量化密度直接影响系统的控制性能。     

神经网络分数阶PI~μD~λ在压电叠堆控制中的应用

为了克服压电叠堆的迟滞特性,实现压电叠堆的精确控制,建立了压电叠堆控制系统,研究了该系统所用到的神经网络、分数阶微积分等算法。首先,搭建了采集压电叠堆位移数据的硬件系统,并对含有噪声的位移数据进行了滤波处理;利用径向基函数(RBF)神经网络对压电叠堆建模,得到了模型参数。然后,利用RBF神经网络建模得到的Jacobain信息来整定分数阶PI~μD~λ控制器中的参数对压电叠堆进行控制。最后,与RBF整数阶PID对压电叠堆的控制效果进行了对比。结果显示:RBF建模误差仅为位移实测数据的0.22%,RBF神经网络分数阶PIμDλ控制系统输出稳定,很好地跟随了给定。得到的结果表明RBF神经网络分数阶PI~μD~λ控制器控制性能良好,在压电叠堆的控制中比RBF整数阶PID控制器表现得更加稳定、精确。     

模糊分数阶滑模控制的BLDCM控制系统

针对整数阶滑模控制在无刷直流电机系统中容易引起的抖振现象,以及无刷直流电机系统的非线性、实时性,设计一种模糊分数阶滑模控制器。在整数阶滑模控制器的基础上,在滑模切换函数中加入分数阶微积分算子,结合系统二阶状态方程和指数趋近律,设计了分数阶滑模控制器,并且通过Lyapunov稳定性原理和分数阶微积分理论证明了系统的稳定性。仿真及试验的结果表明,对比传统的整数阶滑模控制,所提方法可以有效减弱无刷直流电机系统的抖振,具有更好的动静态控制性能。     

线控转向系统的转向鲁棒性研究

建立能够实现转向功能的前轮转向模块动力学方程,基于分数阶微积分理论,设计一种分数阶微积分PlλDμ控制器.讨论徼、积分阶次对控制系统的影响,用Oustaloup算法对分数阶PlλDμ控制器进行拟合,利用ITAE最优化性能指标法整定得到了分数阶PlλDμ控制器控制参数,并据此建立可在MATLAB/Simulink环境下使用的PlλDμ控制器仿真模型.最后对该控制系统进行仿真分析,结果表明该控制器对提高线控转向系统的性能是有效的.     

嵌入式多模控制系统的容错性控制器设计

提出一种基于Lyapunov稳定性泛函的嵌入式多模控制系统的容错性控制器设计方法。结合内模控制和PID控制,对多模控制系统的控制参量进行最小二乘拟合,根据Routh稳定判据,计算差错性控制的输出增益,使用LMI方法求未知扰动下的多模控制器的状态特征空间,采用Lyapunov稳定性泛函抑制多模控制通道的增益失配,实现了嵌入式多模控制系统的容错性控制。仿真结果表明,采用该控制器进行多模控制,具有较好的控制精度和抗干扰性,降低了控制误差,容错性较好,展示了较好的应用价值。     

模糊分数阶滑模控制在PMSM伺服系统中研究与应用

针对整数阶滑模控制器容易引起永磁同步电机抖振的问题,利用分数阶系统具有能量传递缓慢及逐渐收敛的原理,设计一种分数阶滑模控制器来减弱永磁同步电机抖振及提高电机性能指标.再利用Lyapunov稳定性理论和分数阶微积分理论证明这种分数阶滑模控制器的稳定性.利用模糊算法实现了滑模切换项和分数阶阶次的在线自适应调节.仿真及试验结论证明,所提方法可以有效减弱永磁同步电机系统的抖振,缩短调节时间,并具有较强的鲁棒性.     

基于扫频响应反推黏弹性材料分数阶导数模型

提出了基于测试获得的扫频响应反推黏弹性材料分数阶导数模型参数的方法。在同时考虑黏弹性材料阻尼和剩余等效黏性阻尼的基础上,建立了基础激励作用下黏弹性复合板动力学方程,给出了求解振动响应的方法。提出利用基于灵敏度的匹配计算实现分数阶导数模型参数辨识的方法。以贴敷ZN-1型黏弹性材料的悬臂钛板为例,辨识得到了该黏弹性材料的分数阶导数模型。将结果代入到黏弹性阻尼板振动响应分析模型中,通过理论与实验的对比,证明了辨识参数的合理性。     

基于蚁群优化分数阶PID的充电控制研究

考虑到分数阶PID较传统PID增加的积分阶次和微分阶次所增强的控制作用,采用分数阶PID控制器对充电系统进行控制,以提高锂电池充电稳定性和效率。结合蚁群算法基本思想,推导设计一种分数阶PID参数优化算法,并给出了算法理论公式和具体实现步骤。基于MATLAB/Simulink平台,建立了所提出的蚁群优化分数阶PID控制器以及锂电池充电控制模型,进行仿真研究。结果表明,参数整定优化后的分数阶PID控制系统具有更优的响应速度、稳态性能和鲁棒性。     

基于最优分数阶傅里叶变换的模拟电路故障特征提取新方法

模拟电路故障诊断中故障特征提取是关键技术之一,为获得有效的故障特征信息,研究提出一种基于最优分数阶傅里叶变换(FRFT)的模拟电路故障特征提取方法.该方法把在原始数据空间中可分性差的特征数据映射到合适的分数阶空间,用类内类间距离作为判据,通过遗传算法确定分数阶p值,找出在分数阶Fourier域内类内类间距离最大的故障特征,然后用PCA降维和神经网络分类诊断.实验表明该方法能增强不同故障模式的可分性,提高了诊断结果的准确率.     

一种基于分数阶导数的边缘检测算法

传统的边缘检测算法多采用整数阶的一阶或二阶微分算子锐化,通过求取图像的一阶导数局部极大值或二阶导数过零点得到边缘点.本文将基于分数阶导数的边缘检测算子应用于图像边缘检测中,通过对含噪图像g(x)采用合适尺度函数的高斯滤波函数h(x)去噪处理,后对得到的图像f(x)采用阶数为q(q∈(1,2))的左右方向微分的合成分数阶导数算子提取边缘点.结果表明该方法在抗噪声干扰和提取更多边缘细节方面取得了很好的平衡,具有较好的边缘检测效果.     

冗余并联柔索机构轨迹跟踪控制的研究

基于影响系数法对冗余并联柔索机构进行了运动学分析,验证了动平台的姿态参数欧拉角对时间的1阶、2阶导数不能表示动平台的角速度和角加速度.考虑电绞盘的动力学特性建立了动力学方程,获得了奇异摄动模型,并进行了圆轨迹跟踪控制仿真分析.采用常值重力及内张力补偿设计了控制系统调节器,基于电机转角位置反馈分析了该控制系统PD调节器的误差,验证了该控制系统的稳定性,为冗余并联柔索机构控制系统的设计提供了理论依据.     

基于神经网络观测器的机械臂力/位置控制

针对机械臂末端运动受约束的力/位置控制中无法精确建模、模型具有外界干扰和关节角速度不可测等问题，设计一种基于神经网络观测器的补偿控制系统。首先，通过解耦力和位置控制，得到降阶动态模型。然后，利用神经网络速度观测器对关节速度在线估计，并用神经网络对降阶动力学模型中的不确定项进行逼近补偿滑模控制器。最后，基于Lyapunov稳定性理论证明系统稳定性，并对二连杆机械臂进行仿真。仿真结果表明所设计的控制系统的有效性。     

分数阶PID控制的四轮转向系统研究

为了提高四轮转向汽车的操纵稳定性,提出了一种基于分数阶PID横摆角控制策略。通过控制汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度差值,优化汽车操作稳定性相关评价指标。分析了汽车四轮转向系统的动力学特性,利用MATLAB/Simulink建立了基于分数阶PID横摆角控制系统。通过对该系统进行数值仿真,获得了汽车操作稳定性各评价指标的响应曲线,将其与其他控制策略下的相应曲线及前轮转向系统的相应曲线进行对比,结果表明:采用分数阶PID横摆角控制策略,四轮转向汽车的质心侧偏角基本为零,横摆角速度与前轮转向汽车的横摆角速度基本一致,其操纵稳定性得到了提高。     

极限工况下车辆行驶的稳定性判据

极限工况下车辆行驶的稳定性判据是车辆稳定性控制系统的基础,决定了车辆稳定性控制系统介入的时机。选取横摆角速度法、侧向加速度法、独立转向梯度法、转向半径法四种基于线性2自由度车辆模型的稳定性判据。选取质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面分析车辆行驶的稳定性,提出改进的五参数菱形法确定车辆状态稳定区域,以此作为基于非线性车辆模型的稳定性判据。以轮胎力法为基准判据,针对各判据介入的时效性,设计稳定性判据对比方法,在建立的CarsimMatlab/Simulink车辆联合仿真平台上,通过多种工况对各稳定性判据进行验证及对比。结果表明所建立的各判据对车辆行驶状态的判定效果存在显著差异,其中横摆角速度法、转向半径法和五参数菱形法的准确性较高,且之间存在互补性。     

基于模型参考分数阶自适应转速估计的永磁同步电机控制研究

针对模型参考整数阶自适应转速估计存在稳态误差较大、转速估计精度低的问题,结合无传感器技术和分数阶理论的优点,在空间矢量脉宽调制技术的基础上,对永磁同步电机提出了一种模型参考分数阶自适应转速估计方案。仿真实验表明所提速度调节策略和辨识方案可使矢量控制系统具有良好的动、静态性能,对比整数阶控制,分数阶控制下电机转速跟踪精度提高、范围扩大,电机在转速、转矩和电流等方面的控制性能得到提高,改善了永磁同步电机伺服系统的快速性、鲁棒性、稳定性及抗负载突变能力。     

非线性机电换能器混沌系统的动力学分析与控制

针对一类自激非线性机电换能器混沌系统,对系统平衡点的稳定性进行了分析,以及对系统的分叉,Lyapunov指数谱,Poincare截面进行了数值计算,并通过谐波平衡法分析了该系统主谐波解的稳定性。同时,运用Gershgorin圆定理,设计了两个分数阶微分控制器。最后数值验证了所提控制方法的有效性和可实现性。     

分数阶PI~λD~μ控制器的设计

提出了一种分数阶控制器的设计方法,首先对S传递函数进行相应的Z变换,然后根据最短记忆法[1]用Grünwald Letnicov分数导数定义取其近似项,来完成分数阶控制器的设计.仿真结果证明这种方法是可行有效性的.     

分数阶PIλDμ控制器的设计

提出了一种分数阶控制器的设计方法,首先对S-传递函数进行相应的Z变换,然后根据最短记忆法[1]用Grünwald-Letnicov分数导数定义取其近似项,来完成分数阶控制器的设计.仿真结果证明这种方法是可行有效性的.     

基于CAPSO算法的修正炮弹分数阶控制器设计

为了提高修正炮弹系统模型的控制品质,采用分数阶控制器以取得更优的控制效果。针对分数阶控制器参数整定时大都需要公式推导、计算量大等问题,提出一种基于混沌自适应粒子群优化算法(CAPSO)并用于修正炮弹分数阶控制器的设计。将混沌算法与惯性权重调整的粒子群算法融合,对粒子群进行混沌初始化并对陷入局部最优的粒子进行混沌搜索,同时引入惯性权重非线性调整策略提高了算法的收敛精度,得到全局最优解。利用CAPSO算法对分数阶PIλDμ控制器的参数进行整定,并用于修正炮弹俯仰角稳定回路的控制中。通过仿真实验,验证了该优化算法的可行性。仿真结果表明,CAPSO算法在修正炮弹分数阶控制器的参数整定方面优于主导极点法、粒子群优化算法(PSO)等算法,与PSO算法相比调节时间减少了1.139 s、超调量减小了11.84%,具有收敛速度快、超调量小、稳定性好、抗干扰性强等特点;经CAPSO算法优化的分数阶PIλDμ控制器动态响应特性要优于整数阶PID控制器。     

基于改进自适应DE算法的分数阶PI~λD~μ参数优化

通过实现变异算子F和交叉算子CR的自适应,改进差分进化算法。将改进后的算法用于优化直流电机位置伺服系统的分数阶PI~λD~μ控制器参数,并评价其位置阶跃响应性能。实验结果表明,对于分数阶PI~λD~μ参数的整定,相较于粒子群算法、遗传算法、传统差分进化算法,用改进差分进化算法优化后的控制系统具有响应速度快、超调量小等优点。