多变量非方系统集中式PI 控制器设计

针对工业过程中含有多时滞的高维多变量非方系统,基于等价传递函数理论,研究其集中式PI控制器设计问题.利用等价传递函数(ETF)与非方被控对象传递函数广义逆之间的关系,提出一种精度更高的ETF参数化算法,并推导出ETF模型的解析通式.所提出的ETF算法既避免了求广义逆的复杂运算,又提高了控制性能,且适用于高维非方系统.仿真实例验证了所提出的ETF算法的有效性和优越性.     

多变量非方系统多环PI控制器设计

基于等价传递函数（ETF）理论,提出含有多时滞的高维多变量非方系统多环PI（preportional-integral）控制器设计方法．首先,利用等价传递函数与被控过程传递函数的广义逆之间关系推导出ETF的求解通式．接着,基于已获得的ETF,利用IMC-PID（internal model control-proportional integral derivation）原理设计控制器,再利用Maclaurin级数展开获得多环PI控制器参数．所提ETF算法不仅具有更高的精度且适应于高维非方系统．最后通过仿真实例验证了所提算法的简单性和有效性．     

一种新的实用PI控制闭环辨识方法

对于有PI控制器的闭环系统,提出一种辨识方法,可以在闭环系统运转下得到控制对象的开环传递函数.首先,根据闭环系统的衰减振荡曲线,近似地求出闭环控制系统的二阶加时滞(SOPDT)闭环传递函数.然后,用方框图等效法,在所得的闭环传递函数中将PI控制器分离出去;再通过比较系数就得到对象的开环传递函数.数字仿真和辨识实验表明此法有很好的辨识精度,计算量小且非常易于在线实现,具有比较重要的现实意义.     

解析解耦设计在变风量空调系统中的应用

研究空调优化控制问题,变风量空调(VAV)具有多变量、强耦合和非线性系统.变量之间的耦合会直接影响空调系统的性能指标和稳定性.针对变风量空调系统进行建模,模型为三输入三输出的传递函数矩阵.在内模控制系统结构基础上,运用解耦控制的解析设计方法来设计解耦控制器.解耦设计方法可以达到标称系统变量间完全解耦,并且参数可以在线调整,使输出能够紧密跟随系统的动态变化.仿真结果表明,解耦控制器的设计提高了性能,应用效果较好.     

基于期望控制函数频率特征的解耦多变量控制

提出一种简单的解耦多变量系统比例积分微分(PID)控制器设计方法;首先,将多变量过程前馈解耦为多个独立单回路系统,利用解耦器对角环节保证解耦器的稳定性和可物理实现性;其次,针对每个已解耦单回路系统,提出同时考虑设定值跟踪、扰动抑制和鲁棒稳定性要求的期望闭环传递函数,由此得到期望控制函数,并基于期望控制函数的频率特征快速获取PID控制参数;最后,示例了解耦多变量控制器的设计过程;仿真结果表明该解耦PID设计法对一般多变量时滞过程的控制是有效的。     

多变量数字鲁棒最优控制器的设计及应用

针对线性多变量离散控制系统,给出一种新的鲁棒最优控制器的设计方法．该方法提出了多变量系统的行特征函数的设计新思想,实现等价系统的动态解耦,使闭环控制系统的传递函数矩阵为正规矩阵,达到鲁棒H∞最优稳定;进一步,通过对等价解耦控制系统应用l∞最优控制方法,又能使原闭环控制系统获得最优时域指标．通过在某纸机3种定量和水分控制系统中的在线应用,验证了数字控制器的最优性与鲁棒性．     

基于预见与PI补偿的不确定非线性系统鲁棒滑模控制

针对一类匹配不确定非线性连续时间系统,本文提出一种具有预见与PI补偿的鲁棒滑模控制设计方法.首先,为提高系统的跟踪性能和鲁棒性,在常规的滑模控制基础上,引入前馈预见与PI控制器.然后,通过增加扩展系统状态变量方法,构造一个包含可预见的目标信号的不确定增广系统,并将控制器的设计问题转化为增广系统的稳定性问题.在此基础上,针对标称增广系统,应用最优控制原理,设计最优预见PI控制器;针对不确定增广系统,应用变结构控制方法,设计最优预见PI滑模控制器,实现不确定系统的鲁棒调节.所得结果推广和包含了已有文献中的一些结果.最后,数值仿真验证所提方法的有效性.     

一类多输入多输出系统的冗余设计

分析了多输入多输出多变量系统在某环节失效时系统的整体性,给出了针对开环传递函数矩阵以及解耦后新对象均为本质稳定对象时系统的冗余设计方法.该方法有效解决了某环节失效后对系统稳定性的影响,实现了复杂系统的容错控制.仿真结果表明,该冗余设计方法可行,能够实现系统的容错控制.     

多变量解耦控制的工业过程运行层次控制方法

基于多变量解耦控制技术,提出了一种工业过程运行的层次控制方法,用于实现表征过程整体运行性能的工艺指标.底层回路控制系统采用多回路PI/PID控制技术进行设计,用于将关键工艺参数控制在给定的工作点.针对中被控过程和底层回路控制系统构成的文义对象,采用扩展的单位反馈解耦方法设计上层回路设定控制器,该回路设定控制器能够克服系...     

比例–积分控制加广义预测控制算法及其应用

针对比例–积分(proportional-integral, PI)控制因不能预测未来输出而提前改变控制量使其用于光电稳定伺服系统时往往响应剧烈的问题,研究了光电稳定伺服系统的广义预测控制(generalized predictive control, GPC).首先通过证明受控自回归积分滑动平均(controlled auto-regressive integral moving-average, CARIMA)模型的直接递推预测与Diophantine方程预测等价,提出了预测较快的模型等价预测GPC算法,其预测复杂度比原GPC降低了一个阶次.其次通过对PI和GPC的特点进行分析,综合考虑两者的优缺点,提出了一种新型的基于PI增量和GPC增量加权的比例积分控制加广义预测控制(proportional-integral control plus generalized predictive control, PI+GPC)算法,实现了基于历史、当前和未来偏差计算控制量,并给出了算法设计流程和参数选取规则.最后通过仿真并在某光电稳定伺服平台上验证后得出, PI+GPC和PI相比稳定精度有所提高,且平稳性和快速性大为改善.     

广义马尔科夫跳变系统的部分模态依赖观测器设计

针对系统状态变量不完全可测以及系统模态不能实时获得的实际情况,研究广义马尔科夫跳变系统的部分模态依赖观测器及相应控制器的设计问题.基于线性矩阵不等式技术,运用模态依赖的李雅普诺夫函数讨论广义马尔科夫系统的正则和无脉冲特性,给出使系统随机稳定的基于观测器的控制器存在的充分条件.最后通过数值算例验证了所提出设计方法的有效性和优越性.     

一类非线性系统的广义模糊双曲正切模型自适应控制器设计

针对一类非线性系统的稳定控制器设计问题, 根据广义模糊双曲正切模型的万能逼近性质, 提出一种带有可调参数的广义模糊双曲正切模型的自适应控制器设计方法. 该设计方法的优点是使得自适应律的个数不依赖于广义模糊双曲正切模型的线性基函数的输出形式, 可以有效减少在线估计的参数数目, 并且能够保证被控系统的状态一致终极有界. 最后通过数值算例表明了所提出的设计方法的有效性.

     

基于Razumikhin 方法的随机时变时滞非线性系统的状态反馈

采用Razumikhin 方法研究一类随机时变时滞非线性系统的状态反馈镇定问题. 利用随机系统的Razumikhin-Mao 理论和反推设计方法, 设计系统的状态反馈控制器, 所设计的控制器能保证闭环系统的平衡点为依概率全局渐近稳定的. 所提出的方法能够彻底地去掉关于随机时变时滞非线性系统传统结果中所要求的时滞导数的限制. 仿真示例验证了所提出状态反馈控制器的有效性.

     

具有时变时滞的不确定非完整系统的输出反馈镇定

针对一类含有状态时变时滞的不确定非完整系统, 提出一种输出反馈镇定控制算法. 通过应用不连续的输入-状态变换和缩放变换, 将原始研究系统转换为更利于反馈控制器设计的新系统. 基于此系统设计状态反馈控制律, 通过构造状态观测器、利用必然等价原理给出理想的输出反馈镇定控制器. 分析表明, 所设计的控制器能够使得闭环系统的状态渐近趋于零. 最后通过仿真实例表明了所提出控制策略的有效性.

     

基于广义扩张状态观测器的干扰不匹配离散系统状态反馈控制

针对一类干扰不匹配的线性离散时间系统, 研究基于广义扩张状态观测器的稳定化状态反馈控制器设计问题. 在经典的自抗扰控制器中, 扩张状态观测器主要针对干扰匹配的积分串联型系统. 然而, 在许多实际系统中往往存在干扰不匹配的情况, 例如存在采样抖动的离散时间控制系统. 针对这一问题, 基于一类存在不匹配干扰的离散时间系统, 提出广义扩张状态观测器和相应的稳定化状态反馈控制器设计方法. 最后通过永磁同步电机调速控制仿真实例验证了所设计的观测器和控制器的有效性.

     

数据驱动闭环子空间预测控制方法研究与应用

提出一种完全数据驱动的闭环子空间辨识及预测控制器设计方法. 该方法完全由闭环系统的输入输出数据辨识子空间矩阵, 通过子空间矩阵的拆分, 排除了与扰动相关的模型输入, 进而获取子空间矩阵参数的无偏估计; 将辨识得到的闭环系统子空间矩阵描述直接作为预测模型, 设计预测控制器; 将其应用于某钢铁集团焦炉炭化室压力控制系统, 取得了良好的控制效果.

     

一类具有连续分布时滞的分布参数系统的反馈控制

针对一类同时具有变时滞和连续分布时滞的分布参数系统的状态反馈控制问题进行了研究,通过选择适当的Lyapunov-Krasovskii函数,采用线性矩阵不等式(LMI)方法,得到了变时滞闭环系统渐近稳定的一个充分条件.设计了无记忆的状态反馈控制器,使得在一个正定矩阵存在的条件下,闭环系统是可镇定的,从而得到了常时滞分布参数系统可镇定的一个推论.最后,通过一个数值仿真例子说明了所给出设计方法的可行性和有效性.     

离散时间系统重复控制的理想误差动态方法

针对周期参考信号下的离散时间系统, 引入吸引律构造理想误差动态特性, 并基于理想误差动态设计重复控制器. 重复控制能够实现周期性扰动的完全抑制, 从而提高控制能.为了消除颤振现象, 以饱和函数替换重复控制器中的符号函数. 分别推导了理想误差动态方程的单调减区域、吸引层和稳态误差带的边界, 用于刻画误差动态行为, 并给出了数值仿真结果. 在逆变器装置上完成的实验进一步表明了所提出的重复控制方法的有效性.

     

一类扩展结构大系统的分散有限时间鲁棒关联镇定

研究一类扩展结构大系统分散有限时间鲁棒关联镇定问题. 扩展结构大系统是在原结构系统上增加新子系统而构成的, 在原系统分散控制律确定不变的情况下, 设计新加入子系统的鲁棒分散控制律, 使扩展后的系统仍能保持有限时间关联稳定. 利用LMI 方法推导此类系统基于状态反馈和输出反馈的分散有限时间关联镇定的充分条件, 并给出扩展子系统的相应控制器的设计方法. 最后通过仿真实验表明了所提出方法的可行性和有效性.