基于模糊估计的可调分数阶PID控制器设计

可变分数阶微分环节直接影响分数阶PID控制器性能,设计分数阶PID控制器需要根据被控对象传递函数凭经验调整微分阶次。采用Oustaloup间接离散法数字实现分数阶微积分,再基于模糊估计由特定分数阶次近似得到任意分数阶次微积分环节,根据参数整定规则确立各环节系数,设计了一种可调分数阶次的PID控制器。仿真实验证明,此方法得到的微积分环节对控制系统性能没有影响,根据整数阶被控对象传递函数调节微分阶次,分数阶PID控制器有较好的控制效果。     

计及时滞的互联电网负荷频率控制最优分数阶PID控制器设计

分数阶PID控制器相比于传统整数阶PID控制器,具有控制性能好、鲁棒性强等诸多优势,可应用于电网的负荷频率控制(load frequency control,LFC)中.针对网络化时滞互联电网的LFC问题,提出了一种基于计算智能的分数阶PID控制器参数优化整定方案.该方案选择时滞LFC系统时域输出响应构建优化目标函数,采用最近提出的灰狼优化算法获得最优的分数阶PID控制器参数,所设计的控制器能确保一定时滞区间内LFC系统的稳定性.仿真算例表明,所设计的LFC最优分数阶PID控制器比传统整数阶PID控制器的控制性能更优,时滞鲁棒性更强.     

连续搅拌反应釜过程的闭环增益成形PID控制器设计

针对连续搅拌反应釜（CSTR）系统控制问题,设计了一种基于闭环增益成形算法的PID控制器,以提高PID控制器设计的简洁性和鲁棒性。首先假设期望闭环回路传递函数有一阶形式,同时将受控对象的一阶传递函数和PID控制器构成实际闭环回路传递函数。然后,比较期望闭环回路传递函数和实际闭环回路传递函数,即可确定PID参数。最后,以某CSTR系统为例,利用该方法设计了PID控制器,并通过仿真结果比较,检验了该方法所得PID控制器的良好鲁棒稳定性和动态品质。     

基于改进Oustaloup滤波器的分数阶PID控制器简化设计

针对分数阶微积分算子的直接和间接近似化方法所表现出来的形式复杂、运算量大的问题,对Oustaloup滤波器的结构进行改进,对常规分数阶PID控制器进行了简化设计,并采用自适应遗传算法对控制器的参数进行整定.选取两种代表性分数阶系统,在模型处于两种典型状态下,对简化型分数阶PID控制器、常规分数阶PID控制器和整数阶PID控制器的控制性能进行仿真实验对比.结果表明,在控制器性能基本相同的情况下,通过该方法设计的简化型分数阶PID控制器性具有结构简单,耗时量小的优点,提高了工程可实现性.     

一种神经网络分数阶PID控制器的实现

为解决分数阶PID控制器参数难于整定的问题,设计了一种基于神经网络的分数阶PID控制器。通过采用反向传播（ BP）神经网络的参数调节策略,可以实现一种五维参数自学习的PID控制器。将分数阶PID控制器数字化,通过BP算法调节神经网络突触权值,经过调整的神经网络输出作为分数阶PID控制器的参数。经过仿真验证,神经网络分数阶PID控制器比传统PID控制器精度提高6倍且控制更加稳定。     

航空发动机分数阶PID控制器的参数自整定方法

控制器作为航空发动机的大脑,是保障发动机正常运行的核心部件,随着对发动机控制器精度和时效性的要求越来越高,传统PID控制器的性能亟需进一步提升.本文提出了改进的分数阶PID离线和在线参数整定方法,应用于涡扇发动机推力的控制中.首先,利用Caputo分数阶微积分定义建立分数阶PID模型,实现时域上的数值计算;其次,基于对数正态分布提出了改进的布谷鸟算法,实现了分数阶PID离线参数整定;然后,结合RBF网络设计参数线上整定方法,解决了参数在线整定问题;最后将相关理论应用于发动机推力的控制中,结果表明,相比其他几种优化算法,改进的布谷鸟优化算法对分数阶PID控制参数整定效果最好;利用RBF神经网络对分数阶PID进行在线整定时控制效果稳定,且分数阶PID的控制效果优于传统的PID控制,能提高对推力的控制能力.     

一种整数阶系统的分数阶(PID)~γ控制方法

针对常见的1阶、2阶和1阶加积分系统,提出了一种分数阶(fractional order,FO)控制器设计方法.基于内模控制(internal model control,IMC)原理,采用分数阶滤波器推导出了一种分数阶(PID)γ控制器,该控制器仅包含两个可调整参数,有效降低了分数阶控制器整定的难度,并基于系统相位裕量φm和截止频率ωc,实现了分数阶(PID)γ控制器的参数整定.仿真结果表明,所提出的方法不但设计简单,参数整定方便,而且可使系统获得良好的设定值跟踪特性和干扰抑制特性,以及克服系统参数摄动的鲁棒性.     

分数阶PI^λD^μ控制器控制性能的研究

现实控制系统研究中存在很多分数阶系统,因此对系统提出了分数阶PI~λD~μ控制器,控制器将传统整数阶PID控制器的微分与积分阶数扩展到分数,增加了两个参数微分阶数μ和积分阶数λ.为了对比研究分数阶系统分别在分数阶PI~λD~μ控制器控制下和在整数阶PID控制器控制下的系统性能,针对一个典型的分数阶系统,分别设计两类控制器,再进行性能比较.实验仿真结果表明,与整数阶PID控制器相比,该系统在分数阶PI~λD~μ控制器控制下整个闭环系统具备较好的动、静态性能,并且鲁棒性较强,说明分数阶PI~λD~μ控制器控制性能的优越性以及当被控系统为分数阶系统时应该设计分数阶PI~λD~μ控制器.     

Bode 理想传递函数在分数阶控制中的应用

本文将Bode 理想传递函数应用于分数阶控制器的设计和分数阶PID 控制器参数整定中．所得控制器 可以在满足系统要求的截止频率和相角裕度的前提下,使补偿后系统Bode 图的相频特性曲线在截止频率附近有一 个水平区域,即闭环系统对增益的变化具有鲁棒性．它不仅适合于分数阶对象,也适用于整数阶对象,并能够提高 系统的控制品质．仿真结果证明了上述方法的有效性．     

自由飞行空间机器人的遥操作分数阶PID控制

作为空间操控的重要手段, 空间遥操作将趋向于更精细和更灵活. 然而传统的空间遥操作控制方法难以兼 顾操作的精细性和灵活性. 针对这一问题, 本文阐述了一种面向自由飞行空间机器人的遥操作分数阶PID控制方法. 首先根据自由飞行空间机器人的动力学模型, 设计了空间遥操作分数阶PID控制系统. 其次, 针对空间遥操作时滞 系统和系统的鲁棒性和抗干扰性要求, 基于系统的参数稳定域, 对分数阶PID控制器的参数进行整定. 最后, 数值仿 真和地面遥操作实验验证了分数阶PID控制器的跟踪性能、抗干扰性、鲁棒性和抗时延抖动性能. 因此, 本文设计的 分数阶PID控制器不仅适合于空间遥操作复杂时滞系统, 而且可以满足未来空间遥操作任务的发展需求.     

Design of fractional-order PIλDμ controllers with an improved differential evolution

Differential evolution (DE) has recently emerged as a simple yet very powerful technique for real parameter optimization. This article describes an application of DE to the design of fractional-order proportional–integral–derivative (FOPID) controllers involving fractional-order integrator and fractional-order differentiator. FOPID controllers’ parameters are composed of the proportionality constant, integral constant, derivative constant, derivative order and integral order, and its design is more complex than that of conventional integer-order proportional–integral–derivative (PID) controller. Here the controller synthesis is based on user-specified peak overshoot and rise time and has been formulated as a single objective optimization problem. In order to digitally realize the fractional-order closed-loop transfer function of the designed plant, Tustin operator-based continuous fraction expansion (CFE) scheme was used in this work. Several simulation examples as well as comparisons of DE with two other state-of-the-art optimization techniques (Particle Swarm Optimization and binary Genetic Algorithm) over the same problems demonstrate the superiority of the proposed approach especially for actuating fractional-order plants. The proposed technique may serve as an efficient alternative for the design of next-generation fractional-order controllers.     

Parametric Design of Optimal in Average Fractional-Order PID Controller in Flight Control Problem

This paper considers a problem of fractional-order PID controller tuning to optimize it in average over a set of initial states of the plant–controller closed system and over a set of typical input signals. The problem is reduced to a multidimensional optimization problem. We suggest an approach to the solution, implementing it algorithmically. The approach is illustrated by a parametric design of an optimal in average fractional-order PID controller for pitch control of an aircraft.     

基于最优Oustaloup的分数阶PID参数整定

目前工程控制中大部分系统采用传统PID控制,由于分数阶PID继承了传统PID的优点,并且具有更好的控制品质及更强的鲁棒性,因此针对分数阶微积分的高精度数字实现及分数阶PID控制器在工程复杂系统中的实际应用,提出一种新的分数阶微积分高精度数字实现算法-最优Oustaloup数字实现,并建立控制系统的仿真模型,利用框图式模型结合最优ITAE性能指标来整定分数阶PID的参数。通过实例仿真验证,该方法能进一步优化控制器参数,提高控制精度及获得更好的控制效果,便于非线性系统及复杂系统的分数阶PID参数整定。     

纸浆间歇蒸煮过程的分数阶建模及内模控制

纸浆间歇蒸煮是在高温高压密封的蒸煮锅中进行，是一个复杂的黑箱过程.针对间歇蒸煮过程的非线性和系统参数不确定性问题，在机理建模的基础上，通过函数拟合及数值逼近对模型的非线性部分进行数学近似，建立了间歇蒸煮过程的分数阶模型.针对分数阶系统，采用内模控制原理设计分数阶PID控制器，以简化分数阶控制器的可调参数，并基于最大灵敏度及稳定裕度整定控制器参数，使系统在保证期望的动态性能条件下，获得较好的鲁棒性.仿真结果表明，间歇蒸煮过程的分数阶内模控制在超调、响应速度和鲁棒性方面优于整数阶控制.     

基于粒子群优化的分数阶PID滑模控制参数整定

为了提高系统的控制性能,解决单一控制方法不足,将分数阶PID算法与滑模变结构算法相结合,同时为了规避分数阶PID的滑模变结构算法手动调节参数的复杂性以及不确定性,采用粒子群算法对其参数进行优化,完善分数阶PID的滑模变结构控制器,提高其控制精度.并将新型算法应用于单相全桥逆变器,通过Matlab仿真并与分数阶PID滑模变结构控制函数(PID-SMC)及滑模变结构控制(SMC)方法相比较,研究结果表明,粒子群算法整定参数收敛速度快,较短时间内可以找出最优解,整定后的算法静态误差小,上升速度快,抑制系统抖振能力强,具有较强的鲁棒性.     

A simple robust PI/PID controller design via numerical optimization approach

This paper presents a simple but effective method for designing robust PI or PID controller. The robust PI/PID controller design problem is solved by the maximization, on a finite interval, of the shortest distance from the Nyquist curve of the open loop transfer function to the critical point-1. Simulation studies are used to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

一种改进的永磁同步电机分数阶速度控制器

为了实现永磁同步电机伺服系统的高性能速度控制,针对现有分数阶PI(FO-PI)控制器设计中存在的截止频率有效范围有限的问题,在频域设计的基础上,提出一种改进的分数阶控制器,在FO-PI基础上引入校正传递函数,保持分数阶控制性能的同时拓展控制器截止频率的选取范围,并设计三维作图法实现改进控制器的参数整定.最后通过仿真实验...     

Fractional-order PID controller tuning using continuous state transition algorithm

Theoretical and applied studies of fractional-order PI\(^{\lambda }\)D\(^{\mu }\) (FOPID) controller in many scientific and engineering fields have shown many advantages compared to the classical PID control. However, the adjustment of FOPID controller becomes more complicated due to two additional parameters. In this study, the FOPID controller adjustment problem is transformed into a nonconvex optimization problem, and then a new metaheuristic method, named state transition algorithm (STA), is introduced to select the optimal FOPID controller parameters. In the meanwhile, the influence of objective criterion and sample size on the performance of FOPID controller design is analyzed. The dominance of the proposed method, especially for tuning FOPID controller parameters, is attested by several simulation cases and the comparisons of STA with other stochastic global optimization algorithms over the same problems.