分数阶PIλDμ控制器的一种状态空间实现

首先回顾了分数阶微积分、分数阶系统和分数阶PIλDμ控制器的数学描述,对于一类分数阶SISO被控对象,提出了一种基于整数阶微分算子的分数阶PIλDμ控制器的S平面状态空间实现.同时,在Matlab Simulink仿真平台实现了基于Oustaloup连续滤波器法的分数阶微分算子和该状态空间实现,并基于遗传算法整定了状态空间参数.仿真结果验证了该状态空间的有效性与正确性.     

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。     

基于遗传算法的分数阶控制器参数整定研究

针对动态系统可用包含非整数阶的积分和微分方程来描述的特点。同样将这一工具引入到分数阶控制器中，即包含分数阶积分和微分的PI^λD^β控制器；提出了基于改进遗传算法的分数阶PI^λD^β控制器定阶次参数整定的方法。通过使用该遗传算法，分别进行了采用整数阶PID控制器和分数阶PI^λD^β控制器，对整数阶和分数阶系统的控制器参数整定的对比仿真。结果表明，在限定相同的参数整定范围时，采用分数阶PI^λD^β控制器的控制效果优于整数阶PID控制器。     

基于改进差分进化的分数阶PIλDμ参数整定

针对分数阶PIλDμ控制器参数整定研究,回顾了分数阶微积分的数学描述,采用基于改进差分进化算法的分数阶PIλDμ控制器参数整定方法,并利用Oustaloup,Euler,Tustin,Al-Alaoui方法实现了分数阶微分算子.仿真结果表明,该算法计算精度高,收敛快,基于Euler,Al-Alaoui方法分数阶微分算子所设计的控制器能满足预设的性能指标,但Oustaloup,Tustin分数阶微分算子由于引入了额外的极点,影响了主导极点,不能满足预设的性能指标.     

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.     

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.     

灰狼算法优化分数阶模糊控制器参数

PID模糊控制在工业控制中是最广泛的一种控制方法,在一些复杂的实际系统中,应用分数阶PID模糊控制器在整定系统参数性能上优于整数模糊控制器.分数阶模糊控制器具有较多的控制参数,这些控制参数直接影响了模糊控制器的性能.用传统的算法校准分数阶模糊控制器并不能得到最佳的参数值,而且标定参数的过程较为复杂.因此提出用灰狼优化算法(Grey Wolf Optimizer,GWO)优化分数阶模糊控制器的参数.将基于灰狼优化算法的分数阶模糊控制器优化方法与其他五种典型的基于群智能的优化方法进行了比较.实验结果表明,该方法的控制效果更好.     

基于粒子群优化的分数阶PID预测函数参数整定

为避免分数阶PID预测函数手动调节参数的不确定性以及繁琐性,应用粒子群算法优化其参数,完善分数阶PID预测函数控制器,并提高其控制精度,充分体现了算法的智能性。将粒子群整定分数阶PID预测函数算法应用于单变量的励磁控制系统中,通过Matlab仿真并与模糊分数阶PID预测函数以及经验调节方法相比较,结果表明,粒子群算法整定参数收敛速度快,找到最优点时间短,整定后的算法具有静态误差小、无超调、上升速度快、调节时间短、抗干扰能力强等优点,能很好地满足励磁系统的动态特性,并具有较强的鲁棒性及适应性。     

分数阶PIλDμ控制器参数整定方法——极点阶数搜索法

分数阶PI^λD^μ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．利用μ、λ两个参数，可以灵活地设计HD控制器．本文提出了一种整定分数阶PI^λD^μ控制器参数的有效方法——极点阶数搜索法．其基本原理是，首先估计分数阶PI^λD^μ控制器的比例参数Kp，然后设计一对稳定度较好的极点，再估计参数μ和λ的搜寻范围，最后将Kp、极点代入分数阶控制系统的特征方程中，并在μ和λ的搜寻范围内搜寻一组能满足分数阶控制系统时域性能指标的分数阶PI^λD^μ控制器的参数群、Kp、K1、KD、μ．仿真结果证明，用极点阶数搜索法设计出的分数阶PI^λD^μ控制器能更好地调节分数阶被控系统．     

时滞分数阶系统PDμ控制器参数整定的图解法

针对时滞分数阶系统,讨论分数阶PDμ控制器的参数整定问题.首先,利用一个可应用于时滞分数阶系统的图解稳定性准则,固定μ值,在比例一微分平面上绘制PDμ控制器参数稳定域,并讨论不同肛值对参数稳定域形状和大小的影响.该图解稳定性准则给出的是时滞分数阶系统稳定的一个充分必要条件,所得结果没有任何保守性.然后,将该种图解法思想扩展应用于系统性能设计,给出PlY'控制器最优参数整定的图解设计方法.在稳定域内分别考虑幅值裕度、相角裕度和相对稳定度性能设计问题.最后,提出了PDμ控制器参数整定的具体算法.仿真设计算法说明该图解法简洁有效,设计灵活,为一种实用的工程设计方法.     

分数阶模糊免疫PID控制器的设计

为改善分数阶PID控制器的控制性能,借鉴整数阶模糊免疫PID控制器,把模糊免疫调节与分数阶PID控制器结合起来,设计了分数阶模糊免疫PID控制器。仿真结果表明了该方法的有效性,不但提高了分数阶PID控制器跟踪性能,而且还具有良好的鲁棒性和抗干扰性。     

Online tuning of derivative order term of variable-order fractional proportional–integral–derivative controllers for the first-order time delay systems

In this study, an online tuning strategy for the fractional derivative order term of the variable-order fractional proportional–integral–derivative (PID) controller is proposed for processes with dead time. The classical step response is divided into regions, and meta-rules are developed for each region in order to improve the control performance. To achieve the goals of the meta-rules, a set of equations that are the functions of absolute error and model parameters are proposed to manipulate the fractional order derivative during the process. These equations can handle the changes in model parameters since the coefficients of these equations are functions of model parameters. On both simulation studies and experimental results on the active suspension system, we show that the proposed method improves the time domain performance criteria both in relation to reference tracking and load disturbance rejection. Moreover, the robustness of the proposed method has also been tested and analyzed for the dead time variation within the process.     

复杂系统的分数阶内模控制器设计

针对高阶复杂系统提出一种分数阶内模控制器设计方法。利用微粒群算法(PSO)进行模型化简,基于内模控制(IMC)原理设计分数阶控制器,该控制器仅有一个可调参数,并根据鲁棒性能指标给出控制器参数整定的解析表达式。仿真结果表明,该方法可以使系统同时具有良好的目标值跟踪特性、扰动抑制特性以及克服参数变化的鲁棒性。     

分数阶系统的分数阶PID 控制器设计

对于一些复杂的实际系统,用分数阶微积分方程建模要比整数阶模型更简洁准确.分数阶微积分也为描述动态过程提供了一个很好的工具.对于分数阶模型需要提出相应的分数阶控制器来提高控制效果.本文针对分数阶受控对象,提出了一种分数阶PID控制器的设计方法.并用具体实例演示了对于分数阶系统模型,采用分数阶控制器比采用古典的PID控制器取得更好的效果.     

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。     

Design and Implementation of Digital Fractional Order PID Controller Using Optimal Pole-Zero Approximation Method for Magnetic Levitation System

The aim of this paper is to employ fractional order proportional integral derivative (FO-PID) controller and integer order PID controller to control the position of the levitated object in a magnetic levitation system (MLS), which is inherently nonlinear and unstable system. The proposal is to deploy discrete optimal pole-zero approximation method for realization of digital fractional order controller. An approach of phase shaping by slope cancellation of asymptotic phase plots for zeros and poles within given bandwidth is explored. The controller parameters are tuned using dynamic particle swarm optimization (dPSO) technique. Effectiveness of the proposed control scheme is verified by simulation and experimental results. The performance of realized digital FO-PID controller has been compared with that of the integer order PID controllers. It is observed that effort required in fractional order control is smaller as compared with its integer counterpart for obtaining the same system performance.      

Robust discrete adaptive input-output-based sliding mode controller

A robust input-output-based discrete adaptive sliding mode controller is proposed. It combines an integral action, a nonlinear output feedback, an adjustable sliding mode and an adaptive plant parameter estimator. The controller design is carried out via the Lyapunov direct method. A pole assignment procedure is developed for determination of the integral control gain and the coefficients of the sliding mode hyperplane. An on-line update for coefficients of the hyperplane is used to improve control loop behaviour further. Compared with the optimally tuned proportional-integral-derivative (PID) controller, the new controller has increased robustness with regard to the variation in the main process parameters and it has much better set point tracking characteristics. The new controller also exhibits very good disturbance rejection property comparable work or better than to that obtained by the optimally tuned PID controller. Simulation experiments are made to illustrate the quality and robustness of control achieved.     

用直接综合法设计的微分先行鲁棒PID控制器

针对积分时滞系统应用直接综合方法设计了一种微分先行鲁棒PID控制器。这种方法基于比较积分时滞系统与后置超前滞后滤波器的微分先行PID控制器组成的闭环系统的特征方程和期望特征方程。期望特征方程由多个位于同一期望位置的极点组成。所设计的控制器的参数以实现期望鲁棒性的方式获得。通过选择不同的调优参数获取相应的Ms值,进而在参数具有标称性的限定条件下拟合出关于Ms和调优参数的关系曲线。整定规则以解析表达式的形式给出。仿真结果表明该方法在阶跃响应中具有较好的追踪性能和扰动抑制性能以及鲁棒性能,在方波响应中具有很好的跟随性能以及较小的TV值,在给定值频繁变化的系统中响应效果最佳。     

直线一级倒立摆分数阶控制器设计及仿真

针对直线一级倒立摆的稳定控制问题,设计了分数阶比例积分(FOPI和FO[PI])控制器。首先,根据Newton力学方法建立了倒立摆系统的数学模型。然后,采用基于向量的增益鲁棒性分数阶控制器参数求解简化算法,设计了分数阶比例积分控制器。最后,在MATLAB环境下进行了分数阶比例积分控制器参数整定方法的有效性验证,并且对倒立摆系统分别采用分数阶比例积分控制器和整数阶PID(IOPID)控制器进行了稳定控制仿真实验,并将得到的摆杆角度响应曲线进行了对比分析。结果表明:分数阶比例积分控制器对系统的稳定控制效果优于IOPID控制器,且在分数阶比例积分控制器中,FO[PI]控制器对系统稳定控制最好,响应时间较快、振荡幅值较小且具有鲁棒性。     

Maximum Power Point Tracking With Fractional Order High Pass Filter for Proton Exchange Membrane Fuel Cell

Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is widely recognized as a potentially renewable and green energy source based on hydrogen. Maximum power point tracking (MPPT) is one of the most important working conditions to be considered. In order to improve the performance such as convergence and robustness under disturbance and uncertainty, a fractional order high pass filter (FOHPF) is applied for the MPPT controller design based on the traditional extremum seeking control (ESC). The controller is designed with integerorder integrator (IO-I) and low pass filter (IO-LPF) together with fractional order high pass filter (FOHPF), by substituting the normal HPF in the original ESC system. With this FOHPF ESC, better convergence and smoother performance are achieved while maintaining the robust specifications. First, tracking stability is discussed under the commensurate-order condition. Then, simulation results are included to validate the proposed new FOHPF ESC scheme under disturbance. Finally, comparison results between FOHPF ESC and the traditional ESC method are also provided.