DC-DC变换器分数阶PIλ 控制与稳定性分析研究

分数阶PI~λD~μ控制是整数阶PID控制的推广和发展,具有比整数阶PID控制更大的灵活性。然而引入λ和μ后,会对系统的控制性能和稳定范围产生影响。本文以Buck变换器为例,从机理上阐述了分数阶PI~λ控制与传统整数阶PI控制对系统控制性能的影响,分析了分数阶PI~λ控制器中积分阶次λ对Buck变换器稳态性能、动态性能以及对K_p,K_i参数稳定范围的影响。最后通过仿真和实验验证了本文理论分析的正确性。     

锅炉-汽轮机系统的分数阶控制器设计

将分数阶微积分用于系统控制已引起控制学界的广泛关注。分数阶PIλDμ.控制是传统PID控制的推广与发展,积分阶次λ和微分阶次μ的引入使得分数阶控制器具有更灵活的结构和更强的鲁棒性。分数阶PIλDμ控制器对对象参数变化不敏感,对非线性有很强的抑制能力。将分数阶控制器用于多变量非线性控制系统的设计,针对输入受限和不确定性的非线性MIMO锅炉-汽轮机系统设计分数阶PIλDμ控制器,控制器参数整定采用粒子群优化算法。仿真结果表明,获得的分数阶PIλDμ控制器在大范围负荷变化及存在参数、结构不确定性时均能取得满意的控制效果,显示良好的适应性及鲁棒性,与传统PID控制器相比具有明显优势。     

Boost变换器全分数阶化系统分析与控制性能研究

实际存在的系统大多具有分数阶特性,利用分数阶微积分理论对原系统进行建模能够更加准确地描述系统行为,并且用分数阶PID控制器代替整数阶PID控制器可以获得更好的系统性能。首先利用Oustaloup算法对s0.8进行5阶拟合,进而构建出5阶拟合的分数阶电感电容模型,相比10阶模型得到简化。在建立了Boost变换器的分数阶数学模型基础上,采用分数阶PID控制器形成了电压电流双闭环的Boost变换器全分数阶化系统。利用MATLAB软件对分数阶电路模型、分数阶数学模型以及全分数阶化系统进行仿真。研究结果表明,分数阶模型可以更准确地描述Boost变换器特性,分数阶PID控制的全分数阶化系统具有良好的稳态和动态性能。     

基于改进粒子群算法的并网逆变器分数阶PIλDμ控制研究

针对整数阶PID控制器参数选择受限致使并网逆变器系统性能欠佳的问题,文中提出了一种基于改进粒子群算法的并网逆变器分数阶控制策略。分析了分数阶PI^λD^μ控制器的积分阶次λ、微分阶次μ对被控系统动态及稳态性能的影响;将分数阶PI^λD^μ控制器与电流双闭环、电网电压前馈控制相结合,提出一种基于分数阶PI^λD^μ控制器的并网逆变器的电流控制策略,并与传统整数阶PID控制策略进行比较;详细分析分数阶PI^λD^μ控制器的参数取值范围,并采用改进粒子群算法寻优参数。仿真结果表明,采用分数阶PI^λD^μ控制,增强了控制系统的灵活性,降低了并网电流总谐波畸变率,改善了系统的动态性能,提高了系统的电网扰动抑制能力。     

新型UPQC直流电压的PI~λD~μ控制

把分数阶次的PIλDμ控制器引进UPQC直流电压的控制中。利用PIλDμ控制器的工作原理及优点,分别在Matlab和EMTDC/PSCAD实现了PIλDμ控制器和UPQC的仿真,通过两者间的接口实现了PIλDμ对UPQC直流电压的控制。仿真结果证明了该控制器较传统PI控制具有响应速度快和控制结果更精确等明显优势。该控制器能更准确描述系统特性,扩展了系统可能的优化范围,从而为精确控制的实现提供更加广阔的优化空间。     

控制系统的分数阶建模及分数阶PI~λD~μ控制器设计

在系统分析与设计过程中,针对高阶动态系统所具有的时滞性,常常利用具有延迟环节的一阶(first order plus time delay,FOPTD)或者二阶系统(second order plus time delay,SOPTD)模型对其进行近似处理,由于建模误差过大影响所描述系统的准确性和控制性能。本文给出了具有延迟环节的新型非整数阶类一阶系统模型(non-integer order plus time delay,NIOPTD),并分别设计了某高阶系统降阶得到的传统模型与新型类一阶系统近似模型,对比分析新型类一阶系统模型的优点与可行性。针对上述3种系统模型(FOPTD、SOPTD、NIOPTD)在频域内给出分数阶PIλDμ控制器新的参数整定方法,通过仿真对比分析得出方法的有效性,并证实分数阶PIλDμ控制器作用于NIOPTD模型具有最好的控制性能和鲁棒稳定性。     

分数阶PIλ控制的双闭环有源电力滤波器

有源电流滤波器(APF)是电网中谐波抑制的一个重要装置,针对传统PI控制器性能上的不足,提出分数阶PIλ的设计思路及方法,系统采用电流内环、电压外环的双闭环解耦直接电流控制策略,双环分数阶PIλ参数采用相位及幅值裕度法整定。仿真结果表明:基于分数阶控制器的APF有更好的动、静态性能和更强的鲁棒性,滤波效果也大为提高。在负载突变的情况下与整数阶系统对比,分数阶的PIλ可以更好的实现内环电流跟踪性和外环电压的稳定性。     

三相电压型PWM整流器分数阶PID直接功率控制

研究了一种基于分数阶PID控制器的三相电压型PWM整流器直接功率控制方案,在瞬时功率理论的基础上设计了功率内环、直流电压外环的控制结构.由于基于整数阶PI控制器的抗扰性能差且对系统参数变化较敏感,在直接功率控制方法的直流侧电压控制环节引入分数阶PID控制器进行直流侧电压控制,根据系统功率模型采用分数阶控制器频域设计方法设计了分数阶P1D控制器.仿真实验证明,分数阶PID控制方案优于PI控制方案,具有良好的动态性能和较强的鲁棒性,响应速度更快,控制结果更精确.     

基于分数阶PI~λ的MMC并网控制策略

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)由于其具有输出电平数目多、输出电能质量高等优点被广泛应用到并网逆变系统中,本文针对MMC并网控制提出了基于分数阶PIλ的前馈电流解耦控制策略,在满足系统稳态性能的同时,进一步提高系统的动态性能与鲁棒性。PIλ控制器的参数设计主要结合向量法与ITAE准则,并采用改进的Oustaloup近似算法与Tustin离散化方法实现控制器的数字化应用。通过仿真与实验比较分数阶PIλ控制器与传统PI控制器的控制效果,证明分数阶PIλ控制器具有更好的跟踪性能,更快的响应速度,得到的网侧电流谐波畸变率(THD)更低,更好地实现了MMC并网运行。     

永磁同步风力发电系统的分数阶比例积分控制算法研究

将分数阶比例积分(PIλ)控制器应用于直驱型永磁同步风力发电系统,来达到实现系统高性能控制的目的。重点研究了永磁同步风力发电系统的分数阶PIλ控制器参数设计方法。通过分数阶PIλ控制器系统的仿真研究与试验分析,结果表明:采用分数阶PIλ控制器的系统具有较快的响应速度和较高的功率输出性能,具有一定的发展潜力和实用价值。     

车用PMSM的双闭环分数阶PID控制策略研究

纯电动汽车永磁同步电机（PMSM）控制系统是一种非线性、强耦合的复杂系统,为提高永磁同步电机的整体控制性能以及鲁棒性,文中提出了一种双闭环分数阶PID控制策略,分别对电流内环和速度外环进行相应的分数阶控制。通过建立电机的电流环模型进而得到整体系统的分数阶模型,设计出电流环以及速度环的分数阶PID控制器,并利用粒子群优化算法（PSO）对控制器参数进行寻优,以便于获得更好的控制性能。将所设计的分数阶控制器应用于车用永磁同步电机的控制中,通过与传统PID控制在不同转速、负载突变时的控制性能相对比,验证了文中所设计的分数阶PID控制器具有良好的动态特性和鲁棒性。     

分数阶Buck变换器的最优pIλDμ控制

利用分数阶微积分理论建立Buck变换器的分数阶数学模型和分数阶状态平均模型,研究分数阶Buck变换器的电感分数阶次α、电容分数阶次β对其频域特性的影响。基于Buck变换器的分数阶模型,提出分数阶PI_λD_μ控制方法,构建基于电压型控制的分数阶Buck变换器反馈控制系统,利用遗传算法对分数阶PI_λD_μ控制器参数进行优化整定以获取系统最优控制性能,仿真实验结果表明系统在输入电压扰动、负载扰动下均获得良好的动态、稳态性能,对反馈控制系统参考电压扰动有良好的跟随性能,该方法可以改善分数阶Buck变换器系统的综合控制性能,提高系统的控制鲁棒性。     

基于预测模型双模糊分数阶PID的BLDCM调速系统优化控制

无刷直流电机（BLDCM）具有复杂的非线性系统,强耦合、变量多等特点,传统的PID控制无法获得满意的控制效果。为此,在模糊控制、分数阶微积分及模型预测相关理论的基础上,提出了预测模型双模糊分数阶PID控制器。分数阶控制为系统提供更多的控制余度,并采用一种间接算法（Oustaloup算法）完成整数阶PID控制的延伸和扩展,模糊控制实现分数阶PID控制参数的在线调整;建立预测模型,并引入模糊控制动态调整预测模型系数K值,实现更加精确的控制。针对模糊分数阶PID控制器中参数选择,又提出了一种改进的万有引力算法进行参数优化,增强控制器的自适应能力。仿真结果表明:基于改进万有引力算法的预测模型双模糊分数阶PID控制的BLDCM调速系统较传统的PID控制具有更快的响应速度、更小的超调量及抗负载扰动能力强等优良的动、静态性能指标。     

Chaotic multi-objective optimization based design of fractional order PIλDμ controller in AVR system

In this paper, a fractional order (FO) PI^λD^μ controller is designed to take care of various contradictory objective functions for an automatic voltage regulator (AVR) system. An improved evolutionary non-dominated sorting genetic algorithm II (NSGA II), which is augmented with a chaotic map for greater effectiveness, is used for the multi-objective optimization problem. The Pareto fronts showing the trade-off between different design criteria are obtained for the PI^λD^μ and PID controller. A comparative analysis is done with respect to the standard PID controller to demonstrate the merits and demerits of the fractional order PI^λD^μ controller.     

基于分数阶PID的高频除尘电源控制方法研究

针对静电除尘器的负载电场状态异常多变的问题,提出了一种高频除尘电源的分数阶PID控制方法。使用Oustaloup滤波器近似算法,结合高频静电除尘电源的系统参数,实现对分数阶微积分的近似计算,得到分数阶PID环节的控制量输出,进而获得逆变电路的驱动频率,实现对高频除尘电源输出电压的精确控制。仿真实验中,利用Simulink搭建了基于分数阶PID的高频除尘电源的系统结构,获得的仿真结果与整数阶PID方法相比较,具有上升时间快,稳定时间短,稳态误差小的优点。     

不同目标函数参数优化的FOPI直流调速控制

为了提高直流调速系统性能,将直流调速系统速度控制器设计为分数阶PI(FOPI),并与整数阶PI控制特性进行比较。在确定FOPI/PI控制器参数时,根据不同目标函数用粒子群算法对控制器参数进行了优化,并分析了不同目标函数所确定的控制器参数对调速系统性能的影响。仿真表明:FOPI有较好的控制性能。在设计控制器参数时,可根据性能要求选用不同的目标函数优化设计控制器参数。     

An optimised FOPID controller for dynamic voltage stability and reactive power management in a stand-alone micro grid

This paper proposes the application of fractional order PID controller (FOPID) for reactive power compensation and stability analysis in a stand-alone micro grid. For enhancement of voltage stability and reactive compensation of the isolated system, a SVC based controller has been incorporated. This paper emphasizes the role of fractional PID based SVC controller for reactive power management and improved stability in the stand alone micro grid, as it provides a special advantage of having two more degree of freedom for accurate tuning in comparison with the conventional controller The system performance, particularly the variations in different parameters values are studied properly with different input parameters and loading conditions. Further improvement of stability margin and optimisation of the system parameters have been achieved by the controller, based on Imperialist competitive algorithm.     

水轮机水门的分数阶PID控制策略研究

针对水轮机调速系统的强非线性及易受各种内外部干扰影响,基于分数阶PID控制策略提出了一种新型的水门非线性控制器。通过对水轮机水门开度模型进行反馈线性化,结合分数阶PID控制理论约束自定义的控制变量,且利用遗传算法在线调节控制器的参数。仿真结果证明,与常规PID控制方式相比,所设计的水门分数阶PID控制器能有效地阻尼系统振荡,调速系统的鲁棒性得到较好的改善。     

基于模糊神经分数阶PI2Dμ 的储能电源逆变控制

针对传统PID控制器存在抗干扰能力差、参数整定困难、时变控制不确定等不足,为进一步提高储能电源逆变输出电压波形质量,增强控制系统的鲁棒性,提出了基于优化模糊PID控制器的控制策略。在介绍分数阶控制器定义及其数学实现的基础上,该方法引入模糊控制规则对控制器的结构参数进行调整,同时融合了神经网络的自学习能力,通过在系统工作时动态调整隶属函数和完善模糊控制规则,实现控制器参数的在线调节和优化。仿真结果表明,优化后的控制器具有更灵活的结构和更强的鲁棒性,具备良好的动态特性和自适应能力,能够满足储能电源逆变控制的要求。     

视轴稳定系统的模糊PID控制器设计

为了实现无人机视轴稳定系统的准确测量与跟踪,设计了经典PID和模糊控制为基础的视轴稳定控制器。在实际工程中PID参数整定过程存在大量不确定性,为了实现PID参数的在线整定,将模糊控制算法与经典PID控制相结合,构造了参数自整定模糊PID控制器,实现了对PID控制器的修正。在MATLAB中的Fuzzy Toolbox和Simulink中,将PID和参数自整定模糊PID进行对比,参数自整定模糊PID控制器在无扰动和10 Hz的正弦扰动的阶跃响应曲线表明,模糊PID相对于模糊控制和PID控制有更短的响应时间和更小的隔离度;在输入为1~10 Hz的系统正弦响应曲线,模糊PID误差最小,控制效果最好。由此可得参数自整定模糊PID在视轴稳定系统中有良好的鲁棒性和控制性能。