不稳定时滞对象的最优鲁棒二自由度控制器解析设计

针对不稳定时滞对象提出一种二自由度控制器解析设计方法．通过内模控制规律进行控制器设计,改进内模控制的滤波器提高系统的鲁棒性及其性能．同时对系统的稳定性、鲁棒性及性能进行分析,提出了严格基于模型信息的鲁棒指标选择规则,保证系统获得良好的鲁棒/性能平衡．最后,将控制器的参数整定转化为一个约束优化问题,提出控制器解析整定方法,并通过仿真实例验证该方法的有效性．     

神经网络相平面分区控制器研究与仿真

将神经网络的在线学习、即时调节功能与相平面分区的逻辑判断特性相结合提出了一种新的智能控制器———神经网络相平面分区控制器.该控制器将系统响应的基本性能与相应工况的控制作用力的划分和作用强度在相平面上建立起了实时的相互对应关系,从而使各分区内的控制参数能随着被控对象的变化在线自动调节参数,具有自适应能力.仿真结果表明,利用该方法设计的控制器闭环性能好、鲁棒性强.该方法为非线性控制提供了一种有效的控制器设计途径.     

一类非最小相位系统的PID控制器整定方法

针对非最小相位对象,提出了一种比例—积分—微分(PID)控制器的整定方法.将含有右半复平面零点的非最小相位系统近似拟合为一个稳定的大滞后系统,应用一种专门针对大滞后系统的PID参数两步整定方法可以对系统PID参数进行粗调,然后通过调整比例系数α,便可以成功地设置其PID控制器参数,达到抑制非最小相位时滞和负调的作用.仿真实验证明了两步整定方法的有效性和鲁棒性.     

基于改进差分算法的变桨ADRC参数优化

自抗扰控制器是一类不依赖被控对象数学模型且具有较强鲁棒性及抗干扰能力的非线性控制器,已成功应用于风力发电机变桨距控制这一多变量、强耦合的非线性系统中,但自抗扰控制器也存在参数众多整定难度大这一明显缺点。现提出了通过智能算法来实现参数的自动整定。分析了改进差分进化算法的原理及步骤,并将改进差分进化算法应用到ADRC的整定过程中,实现参数的自动整定。仿真结果验证了通过改进差分进化算法自动整定ADRC参数的可行性,与传统PID控制器相比,改进差分进化算法整定后的ADRC能较好的满足风力发电机变桨控制要求,有效维持了风力发电机组输出功率的稳定性。     

PID参数整定法的仿真

PID调节器的控制品质,主要取决于调节器的参数整定.计算量大是用理论计算方法整定PID调节器参数要解决的难题之一.针对PID调节器参数整定过程中计算复杂、计算量大的问题,提出了一种基于Matlab的调节器参数衰减频率特性整定法.该方法以Matlab为工具,将理论计算与仿真分析结合起来,根据控制要求计算并绘制出控制器整定参数关系曲线,对计算结果进行仿真,分析整定参数在解平面上变化时闭环系统的响应,从而确定出最佳的调节器整定参数.结果表明,对于不同的被控对象参数或不同的整定要求,该方法都能方便地求得最佳的调节器整定参数,使得采用理论计算法整定调节器参数具有了工程实用价值.     

智能分区PID控制算法在电动缸伺服系统中的研究

针对电动缸伺服系统中的非线性环节,采用带线性补偿的分区二级前馈PID控制算法;首先建立电动缸伺服系统的仿真模型,并采用单组控制参数的二级前馈PID控制算法,通过仿真发现系统存在着抖动、精度较低的问题;然后提出了具有线性补偿的分区二级前馈PID控制算法,改进了相应的控制器结构并实现控制器的数字离散化;最后通过线性补偿的方法整定实际系统在各分区的控制参数,计算出相应的控制量;对比分析实际系统的稳态误差,发现智能分区PID控制器在电动缸伺服系统中能够取得更好的控制效果.     

仿人智能控制器的研究及工程应用

介绍了仿人智能控制器的适用范围和基本算法,提出了改进的仿人智能控制器即九点控制器的优化控制策略.通过时工程设计中温度的控制方案设计,比较了九点控制器与PID控制器算法对系统动态性能的影响.九点控制器算法简单、系统响应速度快、参数整定简单,特别适合于无数学模型的控制对象.九点控制器的参数可进一步优化,从而转化为九点五态控制器.     

基于时间尺度的感应电机自抗扰控制器的参数整定

自抗扰控制器(ADRC)在感应电机控制中取得了优良的控制效果, 但控制器参数整定比较困难. 本文从时间尺度的概念入手分析ADRC参数整定问题, 通过理论分析得出感应电机的时间尺度, 并结合时间尺度与ADRC参数的关系进行参数整定, 得到了感应电机按定子磁场定向矢量控制的ADRC控制器参数整定方法, 该方法尤其适于多台电机的参数整定. 仿真结果表明该方法可行, 为感应电机ADRC提供了一种参数整定方法.     

连续搅拌反应釜的自适应输出反馈控制及参数整定

针对一类连续搅拌反应釜(CSTR),提出了基于扩张状态观测器和反步法的自适应控制方法,并结合连续动作强化学习器(CARLA)进行控制器参数整定.将CSTR视为包含不确定函数的非严格反馈非线性系统,利用扩张状态观测器对系统中的状态变量实时估计,并对不确定函数在线逼近,将系统补偿为线性二阶积分串联系统,为其设计反步法控制器.通过李雅普诺夫稳定性定理对系统稳定性进行分析,证明了闭环系统中所有信号均有界.最后,针对大量控制器参数难以人工整定的问题,设计CARLA算法快速搜索控制器参数最优值,提升了控制品质.仿真实验进一步验证了该方法的有效性.     

带记忆比例–积分–时滞输出滑模控制器设计

传统的比例–积分–微分(PID)滑模控制具有高频测量噪声鲁棒性差、参数整定方法复杂等缺点. 针对上述问题, 本文设计了一种基于带记忆输出反馈的比例–积分–滞后(PIR)滑模控制器, 并提出了基于频域分析的控制器参数自整定方法. 在控制器选型上, 将“带记忆”反馈机制引入到滑模面设计中, 提高滑模面的平滑滤波和高频噪声抑制能力. 首先, 基于PIR滑模面设计了等效控制律, 实现输出反馈下的闭环系统的滑模态稳定. 其次, 分析了基于输出反馈的PIR滑模面的有限时间可达性, 确保系统在存在匹配扰动时仍保持良好的鲁棒性. 最后, 在控制器参数整定方面, 通过迭代消除法消去时滞项在闭环特征方程中的影响, 同时基于衰减速率对系统进行极点配置, 实现PIR参数的在线自整定. 仿真结果表明, 该整定方法能够保证闭环二阶系统具有良好的鲁棒性和抗干扰性能.     

一种非线性多环递归自适应跟踪控制

针对控制输入有界的变参数广义高阶非线性系统跟踪控制问题,给出一种多环递归跟踪的鲁棒控制方法.通过分层引入虚拟跟踪器,将高阶系统分解为多个独立子系统;内环虚拟跟踪器使内环输出指数收敛于外环虚拟输入,最内环设计自适应控制器补偿参数摄动和外部干扰,并保证输出指数收敛于外环虚拟输入;多环递归跟踪实现系统输出精确跟踪期望输入,理论证明闭环系统的全局渐近收敛性.数值仿真验证了多环跟踪控制器的可行性和合理性.     

An “impossibility” theorem on a class of high-order discrete-time nonlinear control systems

A high-order discrete-time nonlinear system with unknown parameters and Gaussian noise is studied in this paper, and it is shown that under a simple algebraic condition concerning the nonlinearity of the system, there does not exist any feedback controller that globally stabilizes the uncertain system. This impossibility result attempts to understand the capability and limitation of feedback mechanism of a high-order discrete-time nonlinear system and continues a series of previous research on similar first-order systems. This result shows that for the high-order discrete-time nonlinear system studied here, a polynomial corresponding to the first-order principle part of the system determines the limit of the feedback mechanism.     

补偿信号法驱动的Pendubot自适应平衡控制

Pendubot是以电机转矩为输入,主动臂角度和欠驱动臂角度为输出的强非线性、多变量、欠驱动机械系统,受到具有时变不确定性的摩擦影响,且模型参数随摆臂质量与长度的改变而变化.本文将上述被控对象采用确定线性模型与未知高阶非线性项来描述,设计消除前一时刻高阶非线性项及其变化率对系统输出影响的补偿器,叠加于基于确定线性模型设计的PD控制器,提出了补偿信号法驱动的自适应平衡控制方法,并对所提方法进行了稳定性和收敛性分析.仿真和物理对比实验表明,当Pendubot系统模型参数改变时,所提控制算法可以有效地消除摩擦的影响,将两摆臂输出角度稳定在目标位置.     

一类非线性输入控制器的设计

概述了线件系统的最佳控制设计中存在的问题,根据控制系统的基本性能要求,引入了一类非线性输入控制器,针对二阶系统及高阶系统和非最小相位系统,讨论并设计出这种控制器的参数,最后讨论了该控制器的适应性问题。     

Global state feedback stabilisation for a class of high-order nonlinear systems with quantised input and state

In this paper, we aim at addressing the problem of global state feedback stabilisation for a class of high-order nonlinear systems with quantised input and state. The nonlinear functions of the system are bounded by both low-order and high-order terms multiplied by a polynomial-type incremental rate. With the combination of homogeneous domination approach and sector bound approach, a quantised controller computed from quantised state is constructed and a guideline is derived for selecting the parameters of the quantisers. Further, it is proved that, with the proposed scheme, the closed-loop system is globally asymptotically stable.     

The model order reduction using LS,RLS and MV estimation methods

Reducing the order of high-order systems eliminates the complexity of them. So, the system analysis and the controller design are done easily. Many model reduction methods have been presented up to now. In this paper, LS (Least squares), RLS (Recursive Least Squares) and MV (Minimum Variance) will be presented as model reduction methods. MV is an adaptive theory that we will use the concept of it to reduce the order of systems. This idea has not been presented so far. One advantage of this method over the other methods, is that it has several parameters to achieve the desired reduced system. The other advantages of this method are that the speed is more and the computations are less compared to the other methods. In this paper, after explaining the three methods, two illustrative examples are provided to demonstrate the applicability of them.     

基于非线性参数的电液伺服系统滑模控制

针对在电液伺服系统跟踪控制中存在非线性不确定参数和外界扰动的问题,提出了一种基于积分微分器的滑模Lyapunov函数的控制方法。首先,在只有位移信号测量输出的情况下,采用高阶积分链式微分器对其速度和加速度信息进行预估。系统存在非线性不确定参数,利用微分器对状态和不确定项的实时估计,设计出积分滑模控制器,实现自适应规律以及对电液伺服系统中不确定扰动的抑制。搭建电液伺服系统AMESim模型并与Matlab构成联合仿真平台,对控制器进行仿真。仿真表明,该控制器具有良好的对非线性不确定参数变化的补偿能力和跟踪性能。     

电熔镁砂熔炼过程带输出补偿的PID控制

电熔镁砂熔炼过程是以三相电机转动方向与频率为输入,以三相电极电流为输出的强非线性工业过程,其模型参数埋弧电阻率、熔池电阻率和熔池高度随熔炼过程和原矿颗粒长度及杂质成分的变化而变化.本文采用线性模型和未知高阶非线性项来描述电熔镁砂熔炼过程,其中未知高阶非线性项用已知的前一时刻高阶非线性项和其变化率来描述,采用线性模型设计PID控制器,并设计消除前一时刻高阶非线性项的补偿器和消除其变化率的补偿器,提出了带输出补偿的PID控制器,同时采用一步最优前馈控制律和一步最优调节律设计控制器参数.通过仿真实验和电熔镁炉的工业应用,表明当该过程的动态特性发生未知随机变化时,本文所提方法在所有运行时间内可以将电流跟踪误差控制在目标值范围内.     

Single-loop controller design via IMC principles

In this paper, a new internal model control (IMC)-based single-loop controller design is proposed. The model reduction technique is employed to find the best single-loop controller approximation to the IMC controller. Compared with the existing IMC-based methods, the proposed design is applicable to a wider range of processes, and yields a control system closer to the IMC counterpart. It can be made automatic for on-line tuning. The users have the option to choose between PID and high-order controllers to suit the applications better. It turns out that high-order controllers may be necessary to achieve high performance for essentially high-order processes.     

高阶系统方法— I.全驱系统与参数化设计

本文首先指出了控制领域中普遍使用的增广一阶系统方法的弊端, 介绍了高阶全驱系统的概念及其在控制器设计方面的优势, 并通过一些基础物理定律、串联系统、严反馈系统和可反馈线性化系统等例子说明了高阶全驱系统的普遍性, 进而指出高阶全驱系统是动态系统的一种描述形式, 是面向控制的模型.然后介绍了一类高阶全驱系统的一种参数化设计方法.通过适当选取一类非线性状态反馈控制律, 可获得一个具有希望特征结构的线性定常闭环系统, 并给出了闭环系统特征向量和反馈控制律的完全参数化表示, 讨论了解的存在性条件以及设计参数集合的稠密性等相关问题.最后对高阶全驱系统方法的后续问题做了说明和展望.