一种非线性优化控制方法及其在鱼雷控制中的应用

提出了一种带优化修正函数的非线性ＰＩＤ控制器设计方法,通过对控制器参数离线寻优,并对修正函数在线优化调整,可用它设计出性能优良且易于工程实现的控制器,然后用地为某型鱼雷非线性系统设计了弹道深义控制器并在各种人水条件下进行了仿真研究,仿真表明,所设计的鱼雷非线笥弹道深度控制系统具有良好的动、静态特性,且对鱼雷人水条件的变化具有较强的适应性。     

具有H∞ 跟踪性能的机器人自适应犘犐犇控制

针对非线性不确定机器人系统的轨迹跟踪控制问题,提出一种鲁棒自适应ＰＩＤ 控制算法．该控制器由主控制器和监督控制器组成．主控制器以常规ＰＩＤ 控制为基础,基于滑模控制思想设计ＰＩＤ 参数的自适应律,根据误差实时修正ＰＩＤ 参数．基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数设计的监督控制器补偿自适应ＰＩＤ 控制器与理想控制器之间的差异,使系统具有设定的犎∞ 的跟踪性能．最后,两关节机器人的仿真实验结果表明了算法的有效性．     

基于遗传算法的非线性PID调节器的设计

0　引言长期以来 ,传统的ＰＩＤ调节器在控制工程中占主导地位。然而 ,在实际应用中 ,对动态性能要求高的系统 ,常规线性ＰＩＤ调节器很难达到设计目的。文献 [1]提出一种带优化修正函数的规则自整定模糊控制算法 ,它采用调节器参数寻优的方法 ,可使模糊控制规则自整定 ,但它不能从本质上消除量化误差、静差与Ｇｉｂｂｓ现象[2 ] 。本文在文献 [1]调节器结构的基础上进行了改进 ,取消了模糊控制的量化取整运算与推理合成运算 ,提出一种带优化修正函数的非线性ＰＩＤ调节器的设计方法 ,将参数设计问题转化为离线寻优问题 ,并借助遗传算法 ,较…     

具有H∞ 跟踪性能的机器人自适应犘犐犇控制

针对非线性不确定机器人系统的轨迹跟踪控制问题,提出一种鲁棒自适应ＰＩＤ 控制算法．该控制器由主控制器和监督控制器组成．主控制器以常规ＰＩＤ 控制为基础,基于滑模控制思想设计ＰＩＤ 参数的自适应律,根据误差实时修正ＰＩＤ 参数．基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数设计的监督控制器补偿自适应ＰＩＤ 控制器与理想控制器之间的差异,使系统具有设定的犎∞ 的跟踪性能．最后,两关节机器人的仿真实验结果表明了算法的有效性．

     

在线自调整模糊-PID控制器的设计

提出一种带修正因子的在线自调整模糊－ＰＩＤ控制器的设计,即将模糊控制器与ＰＩＤ控制器考虑一个系统中,通过在线调整协调因子改变上述两个控制器输出的权重,同时在模糊控制器环节采用修正因子对其输出在线调整。仿真证明,该方法具有算法简单、控制器质较好等优点。     

一种基于规则和学习算法设计的电力系统智能PID控制器

提出了一种基于规则和学习算法设计的电力系统智能ＰＩＤ控制器的设计方法。通过对固定参数电力系统ＰＩＤ控制器性能的研究，验证并获得了一些关于电力系统电压和稳定性控制协调与鲁棒性的结论。在此基础上，研制出一种智能ＰＩＤ控制器，它由基于规则的开关控制和基于学习控制的算法组成。在单机无穷大电力系统中应用的非线性仿真表明，这种智能ＰＩＤ控制器满足电力系统电压和稳定性协调控制的要求，且具有较强的鲁棒性。     

单区域负荷频率的神经模糊自适应PID控制

利用神经网络辨识单区域电力系统的动态模型,并结合模糊逻辑技术具体设计了一种单区域负荷频率的模糊自适应ＰＩＤ控制器,通过动态寻优确定最优性能指标下的ＰＩＤ控制器参数,使单区域负荷频率控制既有非线性控制作用和自学习自适应能力,又有ＰＩＤ控制的广泛适应性。     

一种新型非线性PID控制器及其参数设计

方法简单、参数效率高是非线性PID控制器所期望的特征. 本文提出一种新的非线性PID控制器设计方法,并就其非线性函数的函数特点以及控制器参数选择问题进行了分析. 首先, 利用电容极间场强的作用原理提出了一种非线性函数构造方法, 并用来对常规PID控制器进行修正, 形成一种非线性PID控制器; 其次, 对非线性函数进行了分析, 指出了不同参数对非线性函数的影响; 最后, 利用T–无源的有关结论对这种非线性PID控制器的稳定性进行分析, 得到了这一非线性PID控制器的参数设计依据. 仿真实例表明了文中所提控制     

PID自适应控制

本文提出将ＰＩＤ继电自整定与神经网络相结合，共同完成ＰＩＤ自适应控制。以一个两层线性网络构造ＰＩＤ控制器，将由ＰＩＤ继电自整定法获取的ＰＩＤ参数值做适当的修正后作为网络权的初值，实现对系统的在线控制。     

PID自适应控制

提出将ＰＩＤ继电自整定与神经网络相结合，共同完成ＰＩＤ自适应控制，以一个两层线性网络构造ＰＩＤ控制器，由ＰＩＤ继电自整定法获取的ＰＩＤ参数值做适当地修正后作为网络权的初值，实现对系统的在线控制。     

Nonlinear feedback control and trajectory tracking of vehicle

This paper mainly studies nonlinear feedback control applied to the nonlinear vehicle dynamics with varying velocity. The main objective of this study is the stabilisation of longitudinal, lateral and yaw angular vehicle velocities. To this end, a nonlinear vehicle model is developed which takes both the lateral and longitudinal vehicle dynamics into account. Based on this model, a method to build a nonlinear state feedback control is first designed by which the complexity of system structure can be simplified. The obtained system is then synthesised by the combined Lyapunov–LaSalle method. The simulation results show that the proposed control can improve stability and comfort of vehicle driving. Moreover, this paper presents a lemma which ensures the trajectory tracking and path-following problem for vehicle. It can also be exploited simultaneously to solve both the tracking and path-following control problems of the vehicle ride and driving stability. We also show how the results of the lemma can be applied to solve the path-following problem, in which the vehicle converges and follows a designed path. The effectiveness of the proposed lemma for trajectory tracking is clearly demonstrated by simulation results.     

基于专家PID的带臂四旋翼无人机控制方法

相较于未带臂的无人机,带臂无人机（UAV）的飞行轨迹会出现较大偏差,更难以稳定控制。为了解决带臂UAV的精确轨迹控制问题,提出基于专家PID的带臂四旋翼无人机控制方法。首先,将机械臂搭载于UAV上把它们作为整体,并通过拉格朗日方程建立了带臂UAV的运动学和动力学系统模型;其次,设计专家PID控制器用于对系统的稳定控制;然后利用五次多项式对带臂UAV的机械臂进行轨迹规划;最后,通过仿真验证专家PID控制方法对带臂UAV稳定控制的有效性。实验结果表明,相较于常规PID控制,所提基于专家PID的控制方法提高了系统的响应速度,且能够有效地抑制外部扰动;该方法对于动作情况下的机械臂能够稳定地跟踪其轨迹,且具有很好的抗扰性和鲁棒性。     

基于MATLAB的鱼雷水下弹道仿真

鱼雷是一种水下自主航行的运动体,其运动控制系统复杂,仿真建模难度大,为解决某型鱼雷水下弹道仿真问题,首先根据鱼雷在水下运动特点,建立了鱼雷在水中运动的动力学和运动学模型,并进一步针对某型鱼雷的典型弹道设计了控制方程.应用Matlab软件对该鱼雷的水下弹道进行了仿真,绘制了仿真曲线,仿真结果证明该种仿真方法较好的仿真了鱼雷入水下潜、寻深、蛇行搜索及捕获目标后的追踪过程,较真实的反映了鱼雷在水中运动的情况.通过仿真证明采用MATLAB软件进行弹道仿真具有编程工作量小,程序运行速度快、鲁棒性好等优点.     

基于滑模理论的水下机器人定深控制算法研究

水下机器人操控性能指标中对定深控制性能有较高要求,而水下机器人的运动具有强的非线性和耦合性,使得不同航速下的定深控制成为难点;建立了水下航行器的运动学模型,基于滑模理论设计了深度控制器和纵倾控制器,在MATLAB SIMULINK环境下搭建了深度控制仿真系统,数值仿真结果表明:滑模变结构控制器对于不同航行条件具有较强的适应性,同时深度的控制效果明显优于PID控制器。     

过渡目标值的非线性PID对自治水下机器人变深运动的稳定控制

针对传统PID在控制自治水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)变深运动时易出现超调、大幅波动等问题,提出一种具有过渡目标值过程来调节误差反馈的非线性PID控制器.在分析传统PID控制下系统出现超调原因的基础上,对系统目标值安排过渡过程,利用系统输出跟踪过渡后的目标值进行误差反馈控制.通过赫尔维兹判据证明了系统稳定性,仿真验证了控制的可行性.最后通过湖上试验验证其工程可行性与实用性,得出在非线性过渡目标值的PID控制下,系统的动态响应特性得以优化,变深超调和波动问题明显改善,可实现AUV平稳地变深运动控制.     

基于领航位置信息的AUV三维编队控制方法

研究了自治水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）三维环境中编队控制问题,应用领航一跟随式队形控制方法,仅利用领航者的位置信息及期望编队队形得到虚拟机器人的航行轨迹及速度信息,作为跟随者的航行参考量,应用反步及滑模控制方法为跟随者设计自适应控制律,使其轨迹收敛于虚拟机器人的轨迹,从而与领航者保持期望位姿关系。随后,在具体AUV动力学模型上,利用MATLAB／SIMULINK平台进行了编队控制的仿真研究,实现了预期的控制效果,验证了算法的有效性及实用性。     

Experimental comparison of PID vs. PID plus nonlinear controller for subsea robots

This paper presents a new approach for designing simple nonlinear robust controllers for underwater vehicles. The paper presents several in-water experiments performed on the VORTEX vehicle developed by IFREMER. We first introduce some general modeling considerations of underwater vehicles, then we present the VORTEX dynamic model and some of the special features of the VORTEX vehicle that are important for control. Among these, low sampling rates for sensor and actuator nonlinearities are considered. The main aim of this paper is to experimentally investigate the benefits of adding an easy-to-tune nonlinear control loop to the actual linear compensator in order to improve the stability and the disturbance rejection properties of the closed-loop system. The advantage of this method is two-fold. First the additional nonlinear loop does not modify the original linear (PID) regulator. Second the design of this additional loop does not rely on the system model and is simple to tune. The results presented in this paper were obtained using the VORTEX vehicle both in simulation and during real experiments; they demonstrate the advantages of using a PID with this nonlinear loop over a simple PID control.     

A method for forming program control for velocity regime of motion of underwater vehicles along arbitrary spatial trajectories with given dynamic accuracy

An approach to precise control of motion of an underwater vehicle is proposed; this approach consists in an automatic correction of program motion signals such that the execution of these new program signals provides precise motion of the underwater vehicle along a given spatial trajectory with maximum possible velocity irrespective of dynamic error of the control system of this underwater vehicle. The program signals of motion of the underwater vehicle are corrected by shifting the target point specifying the desired position of the underwater vehicle on a given trajectory by a value proportional to the vector of deviation of the underwater vehicle from this trajectory and simultaneous adjustment of the desired velocity of the underwater vehicle. The results of mathematical simulation have shown that the application of the proposed method provides exact and maximally fast motion of the underwater vehicle along the given spatial trajectory using simple standard linear controllers in the control system of this underwater vehicle.