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.     

双馈感应风力发电机组的非线性变结构空载并网控制策略

采用矢量控制结合PI控制来实现双馈感应发电机并网时,电机的各种磁链以及电压电流交叉耦合补偿部分都会降低电网电压跟踪的速度,使动态响应性能不够理想,令超调量增大.本文采用变结构控制与全状态反馈线性化解耦相结合的控制策略,来控制双馈感应发电机组的空载并网过程.在MATLAB仿真模型基础上,从空载并网时发电机定子电压对电网电压的跟踪、并网过渡过程中定转子电流变化情况,和并网后功率调节和最大风能捕获这3个阶段进行了仿真分析.最后将非线性变结构控制器与传统矢量控制外加PI调节控制的仿真结果进行了对比分析.结果表明,采用全状态反馈线性化变结构控制的双馈感应风力发电机组,可以实现发电机的平滑并网,并网效果较好,定子电流对电网冲击小,转子电流实现比较平稳的过渡.并网后,发电机能够有效地进行最大风能捕获,实现变速恒频发电和有功、无功功率的独立调节控制.通过与传统矢量控制的比较分析,可以看出,双馈感应风力发电机组采用状态反馈精确线性化变结构控制器比传统矢量PI控制器对电网电压跟踪速度更快,动态响应更快速、调节时间和超调量更小.     

基于改进模糊PI控制的双有源桥DC-DC变换器

在直流微电网中,针对直流负载扰动的过程会造成直流电压动态响应速度缓慢;同时,负荷投切时会引起直流电压超调量大的问题。采用改进模糊PI控制,并将其应用在直流微电网中储能单元的双有源桥DC-DC变换器。首先,在现有模糊PI控制中加入预处理环节,该环节对直流电压的误差大小进行及时判断与跟踪,使直流母线电压迅速达到参考值,提高了直流电压的动态响应速度;其次,分析了现有模糊PI控制算法的规则表对参数调节过程中存在精确度不足的规则,对其进行修改得到改进模糊PI控制的规则表,以减小直流电压的超调量;最后,对所提的改进模糊PI控制进行仿真对比验证。仿真结果表明:对现有的PI控制器和模糊PI控制器而言,改进的模糊PI控制器在稳态响应速度、超调量以及抗干扰性能上得到显著提高,提高了直流母线电压质量。     

基于模糊PI控制的交流调速系统研究

传统PI控制器以固定不变的PI参数去处理变化多端的动态过程,很难满足各种工况下的性能指标。针对这一问题,本文将模糊控制理论引入到交流调速系统的PI控制器中,实现PI参数的实时调整,显著地改善调速系统的动态性能。仿真实验表明,在同等实验条件下,模糊PI控制的动态性能优于传统PI控制的性能。     

基于模糊神经网络的变换器自适应控制方法

提出了一种新型的基于模糊神经网络自适应PI调节电流控制电压型PWM变换器方法.结合了模糊神经网络控制与PI控制器,根据三相电流比较产生的三相电流误差和电流误差变化率,自动调整P、I参数,提高了电流的控制精度和变换器的动态性能.采用MATLAB/Simulink对常规PI控制器和模糊神经网络自适应PI控制器进行了仿真对比.仿真结果表明了采用模糊神经网络自适应PI控制器,其系统输出的误差及误差变化要小,系统的跟踪精度得以提高,动态性能得到改善.     

基于PLC的汽提塔液位智能控制

针对废水处理汽提塔的液位控制要求,将积分分离智能PI调节应用于可编程控制器,控制变频器化工泵进行液位调节.应用表明:智能型PI变频器液位控制方案先进,精度较高、节能、运行成本底、在过程控制中具有较大应用价值.     

城轨交通用直线感应电机模糊PI矢量控制

本文将模糊控制的快速性与PI调节的静态无差相结合, 提出一种基于矢量控制的模糊逻辑与PI结合的复合型控制器, 同时设计了推力补偿器对动态纵向边端效应引起的推力的衰减进行了补偿. 通过与PI调节的矢量控制系统的数值仿真结果的对比, 验证了该复合模糊PI调节器对矢量控制下直线感应电机(LIM)动态性能的改善.     

自适应鲁棒最优PI控制器

提出一种具有鲁棒性能的自适应最优PI控制器, 它首先基于控制回路在正常运行操作中产生的过程输入和输出信号, 通过信号分解和频域分析在线辨识出过程对象在重要频率点的频率特性, 然后计算出可同时满足鲁棒性能指标λ和最小负载扰动特性的最优PI控制器参数, 同时控制性能可以很方便地根据实际需要通过改变鲁棒性能指标λ来调节. PI控制器的自适应过程不需要过程对象和控制器的任何先验知识, 也不需要中断控制回路的正常运行, 仿真实验表明了自适应控制器的有效性和可行性.     

DC/DC变换器的变结构模糊控制研究

对不同类型的模糊PID控制器(模糊P控制器、模糊PD控制器、模糊PI控制器、模糊PID控制器)在DC/DC变换器中的应用作了全面的研究。目前,模糊PI控制器应用得最为广泛,然而在其控制作用下,DC/DC变换器的输出电压通常会超调,并且当响应时间较短时有很大的冲击电流尖峰。探讨一种变结构模糊控制器,这种控制器将有效地克服模糊PI控制器的上述不足。基于Matlab/Simulink对应用变结构模糊控制器控制的DC/DC变换器系统进行了计算机仿真。仿真结果表明,变结构模糊控制器控制拥有较好的动态特性和稳态性能。     

伺服控制系统电流及速度环自动参数辨识分析

比例积分(PI)控制器通过误差信号控制被控量,控制器本身就是比例、积分两个环节的和,其结构和算法都相对简单,因此在工程实际中得到广泛应用。然而,传统PI控制器参数基本上都是手动调节,针对不同控制对象不能有效快速识别,从而导致参数难以调节、效率低下等问题。传统PI控制使系统的动态性能降低,在高精度的伺服控制中不能满足系统性能要求。因此,在伺服控制领域需要寻求一种新的控制策略,以改善系统动态性能,满足外部环境的变化,提高系统动态性能。提出了一种基于扫频的电流及速度环自动参数辨识策略。采用自适应控制策略建立电机控制参数。通过这种方式,可以方便调试任何电机,使系统具有很好的动态性能。仿真和试验结果表明,提出的电流及速度环自动参数辨识方法能达到很好的位置伺服效果,自动辨识的参数使得整个系统具有更好的动态稳定性。     

Neural network based iterative learning predictive control design for mechatronic systems with isolated nonlinearity

The paper presents a new nonlinear predictive control design for a kind of nonlinear mechatronic drive systems, which leads to the improvement of regulatory capacity for both reference input tracking and load disturbance rejection. The nonlinear system is first treated into an equal linear time-variant system plus a nonlinear part using a neural network, then an iterative learning linear predictive controller is developed with a similar structure of PI optimal regulator and with setpoint feed forward control. Because the overall control law is a linear one, this design gives a direct and also effective multi-step prediction method and avoids the complicated nonlinear optimization. The control law is also an accurate one compared with traditional linearized method. Besides, changes of the system state variables are considered in the objective function with control performance superior to conventional state space predictive control designs which only consider the predicted output errors. The proposed method is compared with conventional state space predictive control method and classical PI optimal control method. Tracking performance, robustness and disturbance rejection are enlightened.     

基于反馈线性化的液压型风力发电机组最佳功率追踪控制

液压型风力发电机组在额定风速以下时为获得最多电能,需随风速变化追踪最佳功率点.建立并网液压型风力发电机组仿射非线性数学模型,基于反馈线性化方法,分别以风力机转速和液压系统传输功率为输出,以变量马达摆角为控制输入,线性化系统,设计最佳转速与最佳功率追踪控制器,实现机组在额定风速以下随风速变化输出最佳功率.仿真结果表明,以液压系统传输功率为控制输出的功率追踪过程动静态特性较好.理论分析表明,控制器中高压腔压力变化率是否可以规划,是影响功率追踪过程稳定性的关键因素.     

基于遗传算法的模糊PID控制在水轮发电机组中应用研究

水轮发电机组系统是一复杂的系统,常规PID控制很难满足高性能控制要求,本文设计了一自适应模糊PID控制器,模糊推理系统可在线整定PID参数,模糊控制系统的隶属函数和推理规则采用遗传算法优化。仿真实验表明这是一种有效的控制策略,尤其在启停机过程及负载扰动过程较传统PID控制具有更好的鲁棒性和稳定性。     

Nonlinear PI control for variable pitch wind turbine

Wind turbine uses a pitch angle controller to reduce the power captured above the rated wind speed and release the mechanical stress of the drive train. This paper investigates a nonlinear PI (N-PI) based pitch angle controller, by designing an extended-order state and perturbation observer to estimate and compensate unknown time-varying nonlinearities and disturbances. The proposed N-PI does not require the accurate model and uses only one set of PI parameters to provide a global optimal performance under wind speed changes. Simulation verification is based on a simplified two-mass wind turbine model and a detailed aero-elastic wind turbine simulator (FAST), respectively. Simulation results show that the N-PI controller can provide better dynamic performances of power regulation, load stress reduction and actuator usage, comparing with the conventional PI and gain-scheduled PI controller, and better robustness against of model uncertainties than feedback linearization control.     

基于支持向量机的一类非线性系统预测控制

针对一类具有输出反馈耦合的离散非线性系统,将过程的非线性部分通过支持向量机转化为全局线性状态空间模型,并在目标函数中引入系统状态的变化,给出一种类似于离散PI最优调节器的新型预测控制器.该方法不需要在线辨识系统参数,因为系统的内模已转换成全局离线模型.由于引入了新的优化目标函数,该控制器的控制效果和鲁棒性优于仅考虑预测输出误差的传统预测控制器.仿真结果表明,它也优于经典离散PI最优调节器.     

Profibus-DP在MW级风力发电机组控制系统中的应用

介绍了MW级风力发电机组控制系统设计要求及工业现场总线控制系统的特点。在此基础上提出了在MW级风电机组主控制器与变频器和液压系统之间通过Profibus-DP总线构成现场总线控制系统的方案,并详细论述了该方案中Profibus-DP网络的构成、组态、参数设置和通讯程序的编制。     

采用非线性无源理论的MMC–MG并网电流控制

针对MMC半桥串联结构微电网(modular multilevel converter microgrids, MMC–MG)并网电流控制中, 采用 传统PI控制方法时其动态性能较差的问题, 提出一种利用无源控制理论的电流控制策略. 首先, 阐述了系统的拓扑 结构, 并建立了其欧拉–拉格朗日数学模型. 然后, 通过选取系统的状态变量, 设置误差能量函数及需注入的阻尼项, 以得到无源控制律; 并依据该控制律设计无源电流控制器. 此外, 通过观察采用不同阻尼值时控制器的稳定性、电 流谐波特性、幅频和相频特性曲线, 进而得到最佳的阻尼参数; 最后, 由系统的并网仿真模型验证所提无源电流控 制的有效性. 结果表明, 与传统PI控制相比, 阻尼注入无源控制方法能在不同运行工况下实现对电流和功率参考值 的快速跟踪. 同时, 具有良好的谐波特性和稳定性.     

带SOTC的FBTL-LLC谐振变换器控制策略研究

针对全桥三电平LLC谐振变换器(FBTL-LLC)在运行启动时负载容易发生跳变,而传统控制方法对该情况反应能力不足的问题,提出了简化最优轨迹控制(SOTC)与PI控制相结合的复合策略.即在负载突变时根据输出电流跳变量,调节开关管脉宽大小,使各状态变量值到达系统预期轨迹上,同时通过PI调节消除稳态误差,使系统快速达到新的...     

Design of a Robust Optimal Decentralized PI Controller Based on Nonlinear Constraint Optimization For Level Regulation: An Experimental Study

This paper presents the development of a new robust optimal decentralized PI controller based on nonlinear optimization for liquid level control in a coupled tank system. The proposed controller maximizes the closed-loop bandwidth for specified gain and phase margins, with constraints on the overshoot ratio to achieve both closed-loop performance and robustness. In the proposed work, a frequency response fitting model reduction technique is initially employed to obtain a first order plus dead time (FOPDT) model of each higher order subsystem. Furthermore, based on the reduced order model, a proposed controller is designed. The stability and performance of the proposed controller are verified by considering multiplicative input and output uncertainties. The performance of the proposed optimal robust decentralized control scheme has been compared with that of a decentralized PI controller. The proposed controller is implemented in real-time on a coupled tank system. From the obtained results, it is shown that the proposed optimal decentralized PI controller exhibits superior control performance to maintain the desired level, for both the nominal as well as the perturbed case as compared to a decentralized PI controller.      

基于模糊PID冲压发动机推力控制系统研究

作为航空飞行器的动力装置,冲压发动机以其高推比性能日益应用广泛,其控制系统的好坏直接影响着其工作性能。推力控制系统是冲压发动机控制系统的重要组成部分,良好的推力控制器使其在复杂环境和比较宽的马赫数下获得很好的鲁棒性。本文利用MATALB仿真软件的Simulink工具箱建立推力控制系统的仿真模型,采用模糊PID控制方法对冲压发动机推力回路进行控制,通过调节参数,设计出高性能的控制器。其后对设计出的模糊PID控制器进行动稳态性能、鲁棒性、抗干扰性以及跟踪性的测试,并将其控制结果与设计的传统PI控制以及鲁棒控制的结果进行对比分析。仿真结果表明,设计的模糊PID控制器在动稳态性能、鲁棒性、抗干扰性以及跟踪性能方面,都可以达到很好的性能。