不稳定时滞对象的串级控制设计

针对常见的开环不稳定串级过程,提出一种新的解析设计方法.副回路中采用两自由度内模控制结构,减少因副回路设定值响应与扰动抑制响应耦合对主回路性能的影响.主回路采用加滤波器的单位反馈控制结构,基于闭环最优灵敏度函数解析推导出设定值响应控制器,保证系统的整体性能.针对副回路存在的乘性不确定性,分析了系统的鲁棒稳定性,最后通过...     

工业过程运行的解耦内模控制方法

工业过程运行控制的目的是实现反映过程整体运行性能的工艺指标. 将常规解耦内模控制(Internal model control, IMC)进行推广, 提出了优化过程运行的解耦IMC方法. 通过对广义解耦内模控制器的设计获得了具有高维解耦能力、鲁棒稳定性和抗干扰能力强的回路设定模型. 该模型能够响应系统的各种不确定性和干扰, 对回路设定值进行调整, 通过控制回路的输出跟踪调整后的设定值, 从而实现期望的工艺指标. 磨矿回路运行的解耦IMC设计实例及仿真验证了所提方法的有效性.     

基于遗传算法的锅炉水温PID控制寻优

遗传算法相比传统调节方法具有更好的鲁棒性和最优性。结合锅炉动态水温单回路控制系统的PID参数整定与优化问题,采用遗传算法对其参数进行优化。仿真结果表明,这种优化算法加快了收敛速度,有效提高了系统的全局稳定性,增强了PID控制器的鲁棒性。     

舵/鳍联合减摇的H∞控制方法

针对舵/鳍联合减摇控制系统的特点,提出了一种新的基于正实性设计思想的H∞控制方案,并根据设计结果对控制器参数进行了综合调节.采用H∞混合灵敏度设计方法,从基本的性能要求和鲁棒稳定性要求出发,对舵减摇控制回路和减摇鳍控制回路进行了设计,并且详细地给出了各个权函数的确定过程.在设计过程中不但考虑了舵机和鳍机的非线性限制,还分析了Bode积分定理对性能的约束条件,在系统的性能和控制输出之间进行了折衷,给出了一组最优的设计结果.仿真结果表明,所设计的H∞控制系统在相应的频带内具有指定的性能,系统在不同海况,不同遭遇角时,都取得了很高的减摇率.而且在对象存在摄动的情况下系统仍具有最优的性能和很好的鲁棒稳定性.     

一种高超音速飞行器轨迹线性化控制方法研究

研究一种新的非线性控制结构.针对强非线性和不确定性高超音速飞行器,对跟踪性能和鲁棒性提出更高要求的特点,内环快回路通过动态逆的方法来设计,保证飞行器的性能,外环慢回路用轨迹线性化的方法进行跟踪控制;并提出了一种基于小脑模型关节控制器(Cerebellar Model Articulation Controller,CMAC)的神经网络自适应逆控制策略以提高系统的鲁棒性,对算法收敛条件和控制器稳定性进行了证明.最后利用改进设计方案在高超音速飞行条件下进行仿真验证.仿真结果表明整个控制系统具有很好的跟踪性能和鲁棒性.     

改进的Smith串级主汽温控制仿真研究北大核心CSCD

锅炉主汽温直接影响全厂的热效率和设备的安全运行。为了改善主汽温的控制效果,针对主汽温控制系统大惯性、大迟延和时变的特点,在利用现场数据辨识得出主汽温模型的基础上,提出一种基于两级Smith预估补偿的:PID串级控制系统。在主副回路分别加入Smith预估器,同时对主副回路进行补偿。仿真结果表明,该控制方法在正常工况和参数变化的情况下,超调量和调节时间等方面都有所改善,提高了控制系统的鲁棒性和抗干扰能力。     

锅炉汽包水位系统的免疫PID—免疫P串级控制

借鉴生物免疫反馈响应过程的调节规律，针对电站锅炉汽包水位控制系统，提出一种免疫PID—免疫P串级控制策略．内回路采用免疫P控制器以快速消除给水流量扰动，外回路采用免疫PID控制器以保证汽包水位在给定值，并有效克服蒸汽流量的扰动．该控制策略结构和算法简单，易于工程实现．通过大量的仿真试验证明，该控制策略优于常规的PID串级控制，而且能够适应对象参数的变化，具有较强的鲁棒性、自适应性和抗干扰能力．     

一种新的相平面分区控制器的分析与仿真

通过对相平面分区控制方式的分析,为扩大控制器适用范围和降低系统参数整定难度,提出了控制器的一种改进措施,引入分段相平面分区控制方法.采用了控制力的确定方法以及改进相平面分区控制器参数整定原则,并对系统稳定性进行了分析.通过高阶系统仿真示例,分析了改进相平面分区控制系统中的第一控制器参数、第二控制器参数、作用时间这三类控制参数对系统性能的影响.仿真结果表明,该方法能较好的兼顾系统的动态、稳态特性,并具有较好的抗干扰能力.     

DMC-DMC串级控制算法分析与研究

将动态矩阵控制算法与串级控制系统相结合,在串级控制的主、副回路中均采用动态矩阵控制算法(DMC)进行控制.经仿真证明,该DMC-DMC串级控制算法具有快速的动态响应,控制效果较好.     

基于双参数模糊推理的网络控制系统调度策略

针对带宽受限的网络控制系统中多个控制回路对网络传输的不同需求,提出了一种动态模糊调度策略。采用控制回路误差变化率和空闲时间多参数协同作用,运用动态模糊规则进行调度,以优化系统整体控制性能和减少时延。同时根据控制回路参数的动态变化,对控制回路优先级进行在线调节,从而使得网络控制系统在不同需求情况下都能有效分配网络资源,保证控制系统的稳定性和传输有效性。仿真结果证明了所设计的算法要优于EDF算法,该方法能够更有效地提高网络控制系统的控制质量。     

基于多模型的过热汽温自适应串级控制

针对电厂过热汽温被控对象具有大惯性、大滞后特性且对象参数随负荷变化较大等因素，该文提出了一种基于多模型的自适应串级控制方案，在若干不同的工况点建立对象棋型并设计出相应的控制器，根据运行工况选择相应的控制器，从而实现全工况运行的自适应控制。主调节器采用内模控制器，可以克服对象情性区的时滞特性，副调节器采用比例控制器，可以快速消除系统的内部扰动。针对某超临界600MW直流锅炉过热汽温系统，对该文给出的控制方案进行了仿真试验，仿真结果表明，所提出的控制方案在跟踪性、抗干扰性和鲁棒性方面得到了很好的兼顾，实现了系统全工况运行的满意控制。     

基于ESO的永磁同步电机伺服系统快速终端滑模控制

为了优化永磁同步电机(PMSM)伺服系统的控制性能, 本文提出了一种基于非奇异快速终端滑模控制(NFTSMC)和扩张状态观测器(ESO)的复合控制策略. 论文首先建立了考虑集总扰动的永磁同步电机数学模型, 根据所定义的非奇异终端滑模面和趋近律, 设计了位置跟踪控制器, 所设计的控制器采用非级联结构替代了传统的位置环和速度环控制器, 并通过李亚普诺夫定理证明了稳定性和有限时间内收敛. 为了进一步提高系统的抗扰动性能, 本文引入了扩张状态观测器来估计系统扰动并将其应用于前馈补偿. 然后, 文章对系统整体进行了稳定性证明. 最后,文章完成了基于所设计控制器的仿真和实验验证. 结果表明, 该控制器具有良好的位置跟踪性能且收敛速度快, 对外部干扰具有强鲁棒性.     

An improved parallel cascade control structure for processes with time delay

Parallel cascade control strategies, to improve the dynamic performance of a control system, have been proposed earlier mainly for control of stable processes. In this paper, further results are presented for a new parallel cascade control structure and controller design for controlling stable, unstable or integrating processes with time delay. The design of the disturbance rejection controllers and the setpoint filter are based on loop shaping and ISE performance measures, respectively. A modified Smith predictor scheme is used in the primary loop to enhance the closed-loop performance of the system. The stabilization, robustness and performances of time delay processes are analyzed. The disturbance rejection capability of the proposed scheme is superior as compared to some existing methods. Examples are given to illustrate the usefulness of the proposed method and its superiority over some parallel cascade control schemes.     

永磁同步电机自抗扰反步控制

为实现永磁同步电机的高性能控制,提出一种复合控制策略。在永磁同步电机矢量控制基础上,设计反步控制器用于电流环控制,得到同步旋转坐标系下定子电压,并能保证系统全局稳定。设计结构优化的线性自抗扰控制器用于速度环控制,提高系统抗干扰能力。采用二阶环节平滑速度指令,实现转速无超调。仿真结果表明该控制策略较传统PI控制具有转速适应范围广、无超调、抗扰动性能强等优点。     

Data-driven dual-rate cascade control and application to pitch angle control of UAV

A data-driven design method for a cascade control system is proposed. The cascade control system consists of inner and outer loops, where the control interval of the outer loop is an integer multiple of the inner loop; hence, the system is a dual-rate system. In the proposed method, controllers in the inner and outer loops are designed based on one-shot data. In such a dual-rate cascade system, since the controllers are designed using different data-rate signals, the lifting technique is applied to align the dual-rate data. To show its effectiveness, the proposed method is compared with a conventional single-rate cascade control method, and numerical simulations and experiments are presented to examine servo and regulation performance.     

Manipulator motion control in operational space using joint velocity inner loops

This paper addresses the operational space motion control—trajectory tracking—of robot manipulators endowed with joint velocity feedback inner loops. A general structure for model-based joint velocity controllers is proposed for the inner loop. The required joint velocity reference is provided by an outer loop inspired from the robot kinematic control approach. It is shown that above two-loops control schemes lead to a nice cascade structure for the corresponding closed-loop systems. A stability result adapted for analysis of this particular kind of systems is developed in the paper; sufficient conditions for global exponential stability of this class of cascade systems are obtained. The effectiveness of the proposed control approach is evaluated on a direct-drive mechanical arm, and compared with a typical control strategy based on inverse kinematics resolution for computation of the desired motion in joint space, and the use of the computed-torque technique. The experimental evidences show better performance of the proposed two-loops controller.     

Backstepping Control of Speed Sensorless Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Slide Model Observer

This paper presents a backstepping control method for speed sensorless permanent magnet synchronous motor based on slide model observer. First, a comprehensive dynamical model of the permanent magnet synchronous motor(PMSM) in d-q frame and its space-state equation are established. The slide model control method is used to estimate the electromotive force of PMSM under static frame, while the position of rotor and its actual speed are estimated by using phase loop lock(PLL) method. Next,using Lyapunov stability theorem, the asymptotical stability condition of the slide model observer is presented. Furthermore, based on the backstepping control theory, the PMSM rotor speed and current tracking backstepping controllers are designed, because such controllers display excellent speed tracking and anti-disturbance performance. Finally, Matlab simulation results show that the slide model observer can not only estimate the rotor position and speed of the PMSM accurately, but also ensure the asymptotical stability of the system and effective adjustment of rotor speed and current.     

基于模糊线性自抗扰的柔性多状态开关控制研究

为抑制系统干扰对三端口柔性多状态开关(FMSS)直流侧电压的影响,提出了一种基于模糊线性自抗扰控制(LADRC)的三端口FMSS控制策略。首先,根据LADRC算法设计出LADRC控制器来替代电压外环和电流内环中的PI控制器,以此增强系统的抗干扰性能;其次,通过模糊控制改进电流内环的LADRC控制器,从而得到一种用于干扰抑制的模糊LADRC控制器,实现控制器参数可随扰动实时变化,以达到抑制干扰的目的;最后,在MATLAB/Simulink中建立三端口FMSS仿真模型,对控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,与采用LADRC控制策略相比,所提控制策略具有更好的抗干扰性能和稳定性,能有效地抑制FMSS直流侧电压波动。     

Output tracking with disturbance attenuation for cascade control systems subject to network constraint

In this paper, we investigate the output tracking control and disturbance attenuation for a class of cascade control systems subject to network‐induced delays. In order to indicate the time‐varying characteristics and uncertainty of network‐induced delays, a switched system approach is applied to the cascade architecture. This leads to the simultaneous design of controllers and switching signals in terms of the network transmission. Unlike the traditional cascade control design approach, which needs to first tune the secondary controller and then the primary one, we can provide a simultaneous design method of the double‐loop controllers and switching signals to make the networked cascade control system achieve the output tracking performance with disturbance attenuation. Finally, two examples are proposed to demonstrate the feasibility and the effectiveness of the approach.