生物柴油酯交换过程优化控制仿真平台的设计

生物柴油酯交换过程具有非线性、时变性和多变量耦合等复杂特性,采用常规控制方法很难获得较好的控制效果,为检验先进优化控制算法在实际生产过程中的应用效果,开发设计了生物柴油酯交换过程优化控制仿真平台.平台采用模块化设计,通过MATLAB和C++.net编程平台之间的数据交互,有效模拟了工艺过程的动态特性,实现了先进优化控制策略的仿真.实验结果表明系统交互性和扩展性优良,为先进优化控制算法的研究提供了良好的验证环境.     

基于协调优化算法的滑模变结构控制研究

本文提出一种基于协调优化算法的滑模变结构控制方法.它以稳态误差和控制切换频率作为系统优化性能指标.边界层宽度调节率作为优化参数.采用基于遗传算法的多目标优化方法优化滑模变结构控制的设计.能使滑模变结构控制系统获得很好的综合性能.尤其是,在滑模变结构控制的设计中,使用多目标优化技术,可以为强非线性时变液压伺服系统系统提供强鲁棒性和高精度控制.     

工业过程多速率分层运行优化控制

工业过程运行优化控制通常采用基础回路层和运行层两层结构,涉及不同时间尺度特性的被控对象,且由于检测装置采样周期不同难以统一控制与采样周期;此外,运行层动态往往机理复杂难以建模.因此针对这一多层次、多时间尺度且部分模型未知的复杂多速率控制问题,本文提出一种工业过程多速率分层运行优化控制方法.该方法在使用提升技术解决分层多速率问题的基础上,采用一种基于Q-!学习的数据驱动运行层设定值优化方法,更新基础回路层的设定值;并针对提升后的系统采用模型预测控制（Model predictive control,MPC）方法设计基础回路层控制器以跟踪设定值,从而实现运行指标的优化控制.对典型工业闭路磨矿过程进行了仿真实验,验证了本文所提方法的有效性.     

氧化铝生料浆制备过程的智能优化控制方法

生料浆制备过程由配料和调槽两个子过程组成.针对该过程的工艺特点以及不确定性大、原料成分波动等过程特性,提出一种智能优化控制方法.将生料浆制备过程的优化目标分解为两个子过程的优化目标,采用模型预设定、指标在线预报、基于模糊规则的前馈和反馈补偿方法实现了配料子过程的优化控制,采用粒子群算法实现了调槽子过程的优化控制,从而最终实现了生料浆制备过程的优化控制.工业应用的结果表明了所提出方法的有效性.     

结合LM算法的PID神经网络预测控制系统

针对工业过程中非线性系统的复杂控制和实时性问题,提出1种基于LM算法的PID神经网络预测控制器的设计方法.该方法在原有的神经网络预测控制基础上,引入了1种新的神经网络结构与学习算法来建立预测模型,并针对该模型采用神经网络逆动态控制方法进行滚动优化以实现下一步控制量的优化.仿真结果表明,该方法有结构简单、计算量小、响应速度快等特点.在一定程度上满足复杂工业过程控制中的实时性要求.     

运行控制系统集中式容错控制方法

本文针对运行控制系统,建立了运行优化控制过程的双层结构模型.在此基础上,通过建立相应的自适应故障诊断算法,提出了保证在系统有故障和干扰时仍能渐近优化指标的集中式容错控制方法,利用李雅普诺夫稳定性理论分析了自适应故障诊断算法的构建.已证明:该方法通过调整已优化的设定值来保证在回路控制层出现故障时整个运行控制仍可收敛到其原有的优化控制效果.该方法属于非完备容错控制,仿真结果验证了所提方法的有效性.     

复杂工业过程非串级双速率组合分散运行优化控制

复杂工业过程具有模型维数高、多时间尺度耦合、动态不确定性等特点,其运行优化控制(Operational optimal control, OOC)一直是控制领域的研究难点与热点.本文聚焦一类由多个快变且互联的设备单元与慢变且模型未知的运行过程串联组成的工业过程,提出一种数据和模型混合驱动的非串级双速率组合分散运行优化控制方法.该方法通过奇异摄动理论,将非串级双速率运行优化问题描述为异步采样的慢子系统最优设定值跟踪和快子系统最优调节控制.利用工业运行数据,采用不依赖系统动态的Q-学习算法设计慢子系统最优跟踪策略,克服运行过程模型难以建立的情形;针对快子系统,设计基于模型的分散次优控制策略,并给出收敛因子的下界,解决设备层互联项对系统稳定性的影响.通过浮选过程仿真实验验证了所提控制方法的有效性.     

饱和系统鲁棒控制及其在飞行控制中的应用

给出一种饱和系统鲁棒稳定性的分析和设计方法.通过对不确定系统的H∞优化过程的分析,并根据其反馈控制原理,按全部和部分输入超过限制分别考虑不同指标下的优化计算问题,得到了输入受限制条件下的3种Riccati方程.飞行控制器设计和仿真结果表明,采用该方法可给出满意的控制效果.     

PID控制器的状态空间描述和二次型优化设计

提出了一种双输入双输出的状态空间描述,用于表达PID控制系统.这种描述方法,忠实地反映了PID控制的结构、信号关系,避免了现有PID控制系统状态空间描述过程中的近似或冗余.可以在此描述的基础上,用状态空间的方法,讨论跟踪控制、优化控制等各种PID的控制问题.在PID控制系统的状态空间描述的基础上,讨论了满足二次型性能的PID控制器优化设计,并给出例子说明本文提出方法的有效性.这些例子说明,与现有的二次型优化PID控制器设计方法比较,本文方法更加灵活、控制器更加实用,且适用于各种阶次的被控对象.     

网络环境下基于网络 QoS 的网络控制器优化设计

在网络控制中，基于网络服务质量(Quality of services, QoS) 的网络控制器的优化问题是网络控制研究中一个非常重要的问题，但到目前为止该问题的研究还不够深入. 本文首先给出了网络环境下控制器与网络调度协作过程模型, 然后在此模型基础上提出了控制器设计及网络特性相关的综合性能指标, 接着以优化此指标为目的，利用离散LQR (Linear quadratic regulator) 方法完成网络控制器与网络的交互设计过程. 仿真结果说明了协作设计过程的有效性.     

Control–structural design optimization for vibration of piezoelectric intelligent truss structures

Based on the design sensitivity analysis for structural dynamics in time domain, an integrated control–structural design optimization method is proposed to the vibration control of piezoelectric intelligent truss structure. In this investigation, the objective function and constraint functions include not only the conventional design indexes of structure but also the vibration control indexes and the feedback control variables. The structural design variables are optimized simultaneously with the vibration control system. The sensitivity relations for the control–structure optimization model are derived by using a new method, and the sequential linear programming algorithm is used to solve this kind of optimization problem. The numerical examples given in the paper demonstrate the effectiveness of methods and the program.     

多目标函数优化法及其在飞机鲁棒控制系统设计中的应用

本文提出了一种新的适用于控制系统设计的多目标函数优化法,其特点是:将所有目标函数根据控制系统的设计要求进行数学处理,从而将多目标函数优化问题转化为无约束的单目标函数优化问题,然后再将该函数一次优化得到设计参数的值。这一方法能有效地用于鲁棒控制系统的设计,使闭环系统对对象参数的大范围变化具有鲁棒性。本文用这一方法,以C~(?)规范为准则,对某型歼击机的纵向控制增稳系统进行了设计,得到了性能优良、鲁棒性强的飞机控制系统。     

基于拓扑优化的新能源汽车摆臂轻量化设计

为对某新能源车型前悬挂下摆臂进行结构轻量化设计,运用悬挂动力学模型提取摆臂各连接点在各工况下的静载荷,结合拓扑优化分析方法,获得摆臂的最佳传力路径和材料分布,明确轻量化优化方向。优化结果表明,优化后的摆臂强度满足设计要求,质量减小27%。     

Control-structure integrated multiobjective design for flexible spacecraft using MOEA/D

This paper proposes a multiobjective optimization method for the control-structure integrated design of flexible spacecraft to reduce the total mass and optimize the control performance. The equations of motion for flexible spacecraft are derived from the Lagrange’s principle and the assumed modes method. The design variables are the structural dimensions of the flexible structure and controller parameters. The objectives and constraints are derived from structure and control performance indexes. The objectives include total mass, control cost, and vibrational energy, and the constraints include the stability of the closed-loop system, settling time, overshoot, maximum control, and maximum vibrational displacement of the tip. A modified version of the multiobjective evolutionary algorithm based on decomposition (MOEA/D) with our proposed hybrid constraint handling method is proposed for optimization. As a case study, it has been applied to a spacecraft with symmetrically installed flexible appendages to find optimal tradeoffs in control-structure design. The simulation results show that the multiobjective optimization method for the control-structure integrated design of flexible spacecraft is feasible and effective, and could give an improvement of structural and control designs.     

多变量系统中多参数多目标满意优化研究

本文提出了多变量系统的多参数多目标满意优化方法，将系统性能指标要求的满意设计与控制器参数优化融为一体统一考虑，通过设计性能指标满意度函数和系统综合满意度函数，构造出多变量系统满意优化模型，并用改进遗传算法实现其满意优化．仿真结果显示该方法可获得比传统优化方法更满意的综合性能指标，表明了该方法的有效性和实用性．     

基于APSO算法的多目标满意优化研究

提出了多变量系统的多参数多目标满意优化方法.将系统性能指标要求的满意设计与控制器参数优化融为一体考虑,通过设计性能指标满意度函数和系统综合满意度函数,构造出多目标系统满意优化模型,并用自适应粒子群算法实现其满意优化.仿真结果显示该方法可获得比传统粒子群算法更满意的综合性能指标,表明了该方法的有效性和实用性.     

Minimum length-scale constraints for parameterized implicit function based topology optimization

This paper introduces explicit minimum length-scale constraint functions suitable for parameterized implicit function based topology optimization methods. Length-scale control in topology optimization has many potential benefits, such as removing numerical artifacts, mesh independent solutions, avoiding thin, or single node hinges in compliant mechanism design and meeting manufacturing constraints. Several methods have been developed to control length-scale when using density-based or signed-distance-based level-set methods. In this paper a method is introduced to control length-scale for parameterized implicit function based topology optimization. Explicit constraint functions to control the minimum length in the structure and void regions are proposed and implementation issues explored in detail. Several examples are presented to show the efficacy of the proposed method. The examples demonstrate that the method can simultaneously control minimum structure and void length-scale, design hinge free compliant mechanisms and control minimum length-scale for three dimensional structures.     

多变量系统控制器的参数满意优化设计

为了将满意优化拓展到多变量系统中以解决多变量控制系统线性二次型(LQ)控制器设计中加权系数阵确定难的问题,提出多变量系统满意优化设计方法,通过设计满意度函数,构造出多变量系统的满意优化数学模型,并用改进遗传算法实现二级倒立摆系统LQ控制器满意优化设计.仿真结果显示,系统具有更满意的综合性能指标.证实了该方法的有效性和实用性.本文的研究对多变量系统优化设计具有一定的参考价值.     

自适应EWMA控制图统计经济设计

针对自适应指数加权移动平均(AEWMA) 控制图统计经济设计问题, 给出AEWMA控制图统计经济设计模型, 提出一种在偏移区间上对AEWMA控制图进行设计的多目标优化方法. 针对不同的偏移区间优化了AEWMA控制图, 并将AEWMA控制图统计经济性能与指数加权移动平均(EWMA) 控制图相比较. 结果表明, 所提出方法优化设计的AEWMA控制图仍具有克服EWMA控制图的惯性问题的统计特性, AEWMA控制图的经济性能也优于EWMA控制图.

     

Topology optimization of piezoelectric smart structures for minimum energy consumption under active control

This paper investigates topology optimization of the electrode coverage over piezoelectric patches attached to a thin-shell structure to reduce the energy consumption of active vibration control under harmonic excitations. The constant gain velocity feedback control method is employed, and the structural frequency response under control is analyzed with the finite element method. In the mathematical formulation of the proposed topology optimization model, the total energy consumption of the control system is taken as the objective function, and a constraint of the maximum allowable dynamic compliance is considered. The pseudo-densities indicating the distribution of surface electrode coverage over the piezoelectric layers are chosen as the design variables, and a penalized model is employed to relate the active damping effect and these design variables. The sensitivity analysis scheme of the control energy consumption with respect to the design variables is derived with the adjoint-variable method. Numerical examples demonstrate that the proposed optimization model is able to generate optimal topologies of electrode coverage over the piezoelectric layers, which can effectively reduce the energy consumption of the control system. Also, numerical comparisons with a minimum-volume optimization model show the advantage of the proposed method with respect to energy consumption. The proposed method may provide useful guidance to the layout optimization of piezoelectric smart structures where the energy supply is limited, such as miniature vibration control systems.