带扰动模型失配史密斯预估器的自适应控制

在扰动情况下,针对传统史密斯预估器的模型失配问题,提出了一种基于模型参考自适应控制的史密斯预估器。首先,在控制对象输入端添加前馈增益矩阵和反馈补偿矩阵,和控制对象相互结合,通过调整矩阵参数,使控制对象和预估模型匹配,消除系统的模型失配误差。其次,在前向控制器输出端引入扰动补偿矩阵,调整扰动补偿矩阵的相关参数,对系统的扰动进行补偿。最后,选取合适的李雅普诺夫函数,求取自适应率。利用MATLAB中的SIMULINK模块进行仿真,仿真结果验证了方法的有效性。     

基于定量反馈理论的时滞系统自抗扰控制参数整定

工业过程对象普遍存在时滞、模型参数不确定性和外部扰动多等特点,传统Smith预估控制方法难以设计出满足期望性能的鲁棒控制器.针对模型参数不确定性和外部扰动,本文采用自抗扰控制技术进行估计和补偿.针对系统存在时滞的特点,本文提出改进Smith预估器结构,提升扩张状态观测器对于扰动估计的实时性.在此基础上,本文以一阶时滞系统为例提出了控制器参数整定方法.首先根据最优参数选取准则确定预估器模型,然后在等效模型框架下采用定量反馈理论整定自抗扰控制器参数,确保控制系统达到预期性能指标.在仿真实验中,将所提出方法与几种常见时滞系统控制方法进行比较,通过设定值跟踪、抗扰及蒙特卡罗实验验证了所提出方法具有良好抗扰能力与鲁棒性.     

史密斯模糊整定PID控制器的设计及仿真

对传统的史密斯预估器进行改良.针对传统的史密斯控制系统过分依赖被控对象的精确数学模型、以及当预估器与实际对象有差异时控制效果不佳的缺点,提出了史密斯纯滞后补偿和模糊整定PID参数原理相结合的集成控制算法,该算法将该模糊自适应整定PID控制器引入史密斯控制系统中,用模糊控制器取代原系统的控制器;并将该方法用于激光晶体生长系统的直径调节器中,结果表明,该系统同时兼顾了史密斯控制和模糊控制的优点,对纯滞后、参数时变的激光晶体生长系统有很好的控制作用.     

史密斯模糊整定PID控制器的设计及仿真

对传统的史密斯预估器进行改良。针对传统的史密斯控制系统过分依赖被控对象的精确数学模型、以及当预估器与实际对象有差异时控制效果不佳的缺点,提出了史密斯纯滞后补偿和模糊整定PID参数原理相结合的集成控制算法,该算法将该模糊自适应整定PID控制器引入史密斯控制系统中,用模糊控制器取代原系统的控制器;并将该方法用于激光晶体生长系统的控制中,结果表明,该系统同时兼顾了史密斯控制和模糊控制的优点,对纯滞后、参数时变的激光晶体生长系统有很好的控制作用。     

基于扰动观测器和有限时间控制的永磁同步电机调速系统

针对采用矢量控制的永磁同步电机调速系统提出一种复合控制方法:首先用扰动观测器观测出系统中由于模型参数变化,负载改变等产生的扰动,并用此观测值作为前馈量补偿到输入端;然后运用有限时间控制方法设计系统前向通道中的反馈控制器;最后给出了控制器参数与速度误差收敛性能之间的数学关系.仿真表明,基于扰动观测器的有限时间控制具有更好的抗扰动性能和更优越的收敛性能.     

垃圾渗滤液污水处理设备的臭氧投加复合抗扰控制

垃圾渗滤液污水处理设备中的臭氧投加系统具有大时滞、大惯性和多扰动的特点,导致难以实时调整臭氧投加量,从而影响后续设备出水水质。针对以上问题,在水流量比例的控制方面提出一种基于扰动观测器的改进型Smith预估器与滑模控制相结合的复合抗扰控制。其中,滑模控制为主控制器,扰动观测器用于估计出系统的集总扰动并反馈至前向通道消除扰动的不利影响,以便于Smith预估器更好地进行时滞补偿。仿真和实验结果表明,复合抗扰控制相较于PID控制和自抗扰控制具有更好的控制性能和抑制扰动的能力,能够有效提高垃圾渗滤液污水处理设备的出水水质。     

基于扰动补偿的无微分模型参考自适应控制系统设计

针对一类含有参数不确定性和未知非线性扰动的系统,本文提出一种基于扰动补偿的无微分模型参考自适应控制方法,实现系统输出对参考模型输出信号的高精度跟踪.首先,利用被控对象模型信息设计扰动估计器,对系统非线性扰动进行在线估计;其次,基于非线性扰动估计值设计参考模型和无微分参数更新律,构建无微分模型参考自适应控制器,建立基于扰动补偿和状态反馈的自适应控制律,以消除参数不确定性和非线性扰动对系统输出的影响,保证系统输出对参考模型输出的准确跟踪;然后,给出闭环系统误差信号收敛条件和控制器参数整定方法;最后,通过数值仿真验证所提方法的有效性和优越性.     

一类严格反馈系统变比例增益精确微分补偿控制

针对包含不确定函数和未知外部扰动的一类严格反馈型非线性系统,提出基于精确扰动观测器的变比例增益自适应模糊控制器.系统中的未知不确定函数由模糊逻辑系统在线逼近,同时将模糊逻辑系统的逼近误差和未知外部扰动定义为总扰动,利用精确扰动观测器进行精确微分补偿控制. 将非线性函数应用于设计可调节的输出反馈增益,有效消除系统的稳态误差,使得系统跟踪误差可以控制在零的任意小邻域内.最后,通过Lyapunov定理证明闭环系统中所有信号均是有界的.数值仿真表明了所提出方案的有效性.     

基于动态邻域微粒群的Smith预估双控制器设计

针对模型未知时滞系统的预测补偿控制,提出一种基于动态邻域拓扑微粒群算法以优化动态神经网络的参数,并将其作为预估器和辨识器应用于一种新的Smith预估双控制器结构设计.利用微粒群算法空间搜索能力指标,动态建立邻域拓扑结构,优化神经网络参数,并将两者的组合模型应用于新的双控制器结构,将负载扰动和定值控制分开,以提高Smith预测补偿模型的控制精度和鲁棒性,最后通过仿真验证了所提出方法的有效性.     

含不匹配扰动非严格反馈系统的输出反馈补偿控制

针对一类非严格反馈非线性系统,系统中包含不确定函数和未知外部扰动,提出一种带不匹配扰动补偿的输出反馈模糊控制器.采用模糊逻辑系统逼近未知的非线性函数,同时构造模糊状态观测器观测系统未知状态.考虑观测器和控制器会受到外部扰动和模糊逼近误差构成的不匹配总扰动信号影响,采用改进的扰动观测器对不匹配扰动进行估计和补偿,使扰动观测误差能够在有限时间内平缓地收敛到任意小的范围,消除不匹配扰动信号对模糊观测器设计的影响.同时在控制器设计中进行扰动的精确补偿,提高系统的抗扰动性.通过Lyapunov函数证明了闭环系统所有信号都是有界的.最后,通过数值仿真进一步验证了所提出方法的有效性.     

Predictive functional control based on fuzzy model: magnetic suspension system case study

Fuzzy model based predictive functional controller (FPFC) is applied to the magnetic suspension system—a pilot plant for magnetic bearing. High quality control requirements are short settle time with a-periodical step response and zero steady-state error. Open loop unstable process was stabilised with linear lead compensator. The FPFC was used as a cascade controller. Due to some model uncertainties, the Takagi–Sugeno fuzzy model of stabilised system was obtained using fuzzy identification. Comparing to PID, it improved quality and robustness performance. With its computational efficiency, it proved to be ideal solution for high sampling frequency systems.     

烘丝过程中的组合积分控制器与双重控制研究

在烟草行业的烘丝过程中,烟丝的出口水分作为被控对象常常具有大滞后与强非线性的特性,且在工艺流程中通常存在干扰因素;当前,这一过程中大多仍采用传统PID控制器,存在响应稳态误差大、响应时间长等问题,进而影响烟丝的最终品质;针对这一情况,引入组合积分控制器替代传统PID控制器在烘丝过程中的作用;同时引入双重控制,并与组合积分控制器相结合;针对控制对象进行的仿真实验结果表明,这一新型控制策略在烘丝过程出口水分的控制效果上明显优于传统PID控制器,稳态误差较小且响应迅速,证明了组合积分控制器运用在双重控制系统中时具有优异的动态性能与鲁棒性;最后,这一新型双重控制算法已成功应用到烟草行业烘丝过程的水分控制上。     

Deadbeat control system with time-varying uncertainty: Minimization of worst case steady-state tracking error

This paper poses and solves a new problem of the synthesis of a controller that minimizes the worst case steady-state controlled error in the presence of time-varying unstructured uncertainty. We present an easy, straightforward design method for obtaining a controller that minimizes the worst case steady-state controlled error under the assumption that the plant is strictly proper. The detailed contributions are as follows. First, we derive a new, simple expression for calculating the worst steady-state error, which gives useful and interesting suggestions about the controller design. We then show that the synthesis problem is reduced to a simple and tractable l1 -norm minimization problem. Therefore, this reduction provides a feasible method for solving the design problem of a controller that minimizes the worst case steadystate error. Second, a deadbeat tracking control problem is considered and a straightforward design method is presented for obtaining a deadbeat controller with given settling steps both to guarantee robust stability and to minimize the worst case steady-state error. The proposed controller is easily obtained by solving a simple linear programming problem. Finally, we show that the proposed controller minimizes the maximum error bound of the controlled output to persistent bounded disturbance.     

智能车辆路径跟踪控制方法

为了提高智能车辆路径跟踪控制器的可靠性和控制精度,提出一种基于误差动力学模型的路径跟踪控制方法.基于车辆运动学模型和动力学模型建立系统误差动力学模型,并在此基础上推导出车辆路径跟踪控制的稳态控制律,利用李雅普诺夫稳定性理论验证稳态控制律的正确性.为了减小外部干扰对控制性能的影响,提高控制器的可靠性,进一步设计基于车辆侧向位移误差的瞬态控制律,并利用李雅普诺夫稳定性理论验证闭环系统的稳定性.稳态控制律和瞬态控制律构成了非线性的路径跟踪控制器.通过与车辆路径跟踪常用的线性控制器和非线性控制器对比验证所提出控制方法的有效性,线性控制器选用LQR控制器,非线性控制器选用Stanley控制器.仿真结果表明,与LQR控制器相比,所提出控制方法的路径跟踪控制精度、抗干扰性和可靠性更好.与Stanley控制器相比,所提出控制方法具有更好的路径跟踪控制精度和控制收敛速度,且在大曲率路径跟踪过程中具有更好的可靠性.     

一种两相幂次吸引律离散时间控制方法

针对一类不确定离散时间系统,提出一种新型两相幂次吸引律.在吸引律设计中,通过将跟踪误差收敛过程划分为两个不同阶段,增加误差收敛幅度并提高误差收敛速度.构造离散形式的扩张状态观测器有效补偿系统干扰,基于观测值设计两相幂次形式的离散时间控制器,提高系统鲁棒性并减小稳态误差.此外,推导出跟踪误差绝对吸引层和稳态误差带的具体表...     

On line discrete-time control of industrial robots

A recent discrete-time robotic model is employed and linearized to develop three different LQ-type robot controllers. These controllers are: optimal time-varying linear-quadratic controller (OTVLQ), OTVLQ controller with steady-state error elimination, and one-step ahead optimal LQ controller. These controllers require moderate computational effort and are offered for microprocessor-based implementation. Experimental results on a KUKA IR 160/15 robotic model verified the success and efficiency of the controllers.     

Data-driven criteria synthesis of system with two-degree-of-freedom controller

This paper is concerned with the problem of designing a two-degree-of-freedom (2-DOF) controller based on data. Without requiring the specific mathematical model of a plant, the parameters of stabilising controller are calculated directly from data for a linear time-invariant system. In fact, using the traditional unity feedback control, the existing results which focus on calculating stabilising PID or first-order controllers have been reported in the literature. However, there exists certain steady-state error in these approaches if the integrators are not added into the controller. In this paper, a 2-DOF controller is designed to ensure no changes in characteristic polynomial of the closed-loop systems, furthermore, in terms of a pre-specified criterion function, by applying the iterative feedback tuning technique, a local optimal performance is achieved. Especially, for the step input, through tuning the parameters of controller, the steady-state error can be reduced to zero. Finally, a numerical example is given to illustrate the effectiveness of this method.     

无线网络环境下工业过程运行反馈控制方法

针对一类工业过程运行控制中采用无线网络传输运行指标反馈值时存在的噪声和丢包问题,建立了输入为过程控制的输入输出、输出为运行指标的随机过程模型;提出了由不同采样速率的过程控制与过程控制设定值反馈控制组成的运行反馈控制方法;采用Lyapunov函数和不同采样频率的提升技术设计了过程PI控制器参数和过程控制设定值反馈控制器参数,保证了双闭环控制系统的随机稳定性;同时实现了运行指标实际值与目标值稳态误差的均值为零;通过浮选过程运行反馈控制仿真实验验证了本文所提方法的有效性.     

Fuzzy gain scheduling: controller and observer design based on Lyapunov method and convex optimization

Addresses model-based fuzzy control. A constructive and automated method for the design of a gain-scheduling controller is presented. Based on a given Takagi-Sugeno fuzzy model of the plant, the controller is designed such that stability and prescribed performance of the closed loop are guaranteed. These properties are valid in a wide working range around an equilibrium without restrictions to slowly varying trajectories. The synthesis is based on linear matrix inequalities and convex optimization techniques. If required, a fuzzy state estimator and an extended controller can be included, providing a zero steady-state error in the presence of disturbances and modeling errors. The proposed method has been applied to a control of a laboratory liquid-level process. Hence, the performance has been evaluated in simulations as well as in real-time control.     

积分加纯滞后系统的双预测PI控制及其应用

Smith预估控制器控制积分加大纯滞后过程时,鲁棒稳定性差,输出存在静态余差,无实际应用价值.提出了一类基于该过程的双预测PI控制器:具有内环和外环两种预测PI控制器.内环将系统稳定,外环消除输入干扰的影响和改善控制系统的动态性能.这种控制器结构简单,可调参数少,参数的调节方便、直观.仿真和实际应用表明:在干扰和模型失配的情况下,此类控制器仍然具有良好的控制性能和鲁棒稳定性能,是一种值得在实际工程中推广应用的新型控制器.