基于模糊设定值加权IMC-PID算法的纸张定量控制

目的 造纸机定量控制系统存在时滞性大、非线性和干扰多等困难,传统的PID控制动静态性能差,已无法满足越来越高的生产需求,为了减小纸张定量的偏差拟研究新的控制策略。方法 在传统内模控制和内模PID（IMC-PID）控制的基础上,结合模糊算法,设计模糊设定值加权IMC-PID算法控制系统。该控制算法通过在线整定内模PID控制器比例作用部分的设定值加权系数,改善控制系统性能指标,并将该控制算法应用到纸张定量中,与传统控制算法进行对比。结果 传统PID控制与内模PID控制相比较,基于模糊设定值加权IMC-PID算法具有良好的跟踪性和抗干扰能力等。结论 基于模糊设定值加权IMC-PID算法可有效控制造纸机定量控制系统,能够明显提高系统的控制精度等性能指标。     

包装机混合式定量称量系统设计

目的克服单纯的容积式定量与称量式定量的缺陷,以及包装机定量称量系统的时滞性问题。方法通过分析包装机的工作原理以及影响其称量精度与速度的因素,采用混合式定量的方法,并采用双自由度Smith预估补偿,从而克服传统Smith预估器对参数模型精度要求较高的缺陷。结果仿真证明双自由度Smith预估器控制时波动较小,在时间为10 s时即可到达稳态,且有外在扰动时系统超调比传统Smith控制缩减1倍。结论通过Matlab进行了仿真研究,表明双自由度Smith预估补偿可减少称量系统的质量误差,大大提高了系统输出的精度,可显著改善定量称量包装系统的控制效果。     

时滞光电跟踪系统鲁棒内模PID控制器设计

针对时滞光电跟踪提出了一种内模PID(IMC-PID)控制器设计与参数整定的解析方法.首先建立了系统的一阶时滞积分(FODI)模型,并用二阶加时滞(SOPDT)模型进行逼近,然后利用一阶Taylor表达式代替系统模型中的时滞项,导出了控制器参数的整定规则.特别是为了保证系统的鲁棒性,可以根据最大灵敏度解析计算内模PID控制器的可调参数λ_n.仿真结果表明,与常规方法相比,所提方法不仅提供了较好的设定值跟踪和扰动抑制特性,而且对于系统参数摄动具有更好的鲁棒性.另外,实验结果也证实了该方法能够提高系统跟踪性能和跟踪精度.     

基于RST的包装机混合式定量称重控制模型设计

目的提高包装机混合式定量的称重精度。方法针对包装机混合式定量称重系统具有非线性和时滞性的特点,构造三支路结构的双自由度数字控制器(RST控制器),等效为前向预测控制器和无延时控制器,以消除系统扰动和滞后的影响,设计基于RST的包装机定量称重控制系统。运用Simulink工具与传统PID控制器和PID-Smith控制器进行仿真对比。结果 RST控制器相较于PID控制器和PID-Smith控制器超调量小、调节时间短、跟踪能力好、鲁棒性强,能够有效地提高包装机称重控制系统的稳定性和控制精度。结论 RST控制器能够提高包装机混合式定量称重精度,从而提高包装机的包装精度。     

一种基于内模控制的分数阶控制器设计

目的为了解决分数阶控制器参数整定复杂问题,引入内模控制思想,从而得到分数阶内模控制器控制的被控对象。方法依据最大灵敏度整定所得分数阶内模控制器中的参数,避免参数整定的盲目性。结果相对于传统的分数阶控制器,基于内模控制思想设计得到的分数阶内模控制其设定值跟踪及抗干扰性能更优。结论仿真结果表明基于文中方法设计所得的分数阶内模控制器在模型失配时,仍具有较好的鲁棒性和控制精度。     

基于BRGWO算法和滤波Smith预估器的气弹系统时滞控制

气弹控制系统的驱动器、闭环信号回路在实际中会存在时滞环节,由于气弹敏感性和环境复杂性,时滞会引起控制信号迟延并导致气弹控制极速恶化、甚至造成系统失稳,该问题以往研究较少。针对翼型时滞气弹控制问题,设计了一种基于BRGWO算法和改进型滤波Smith的最优气弹控制方法。首先,引入二阶滤波器改进Smith预估器,设计了翼型气弹控制器;然后,创新设计了一种双向随机灰狼优化算法(bidirectional random grey wolf optimization, BGWO),提高了时滞下气弹控制参数的全局寻优能力,该算法改进了不同等级灰狼的狩猎策略,提高跳出非理想值机率、避免陷入局部最优。利用最小增益原理,在理论上证明了闭环系统稳定性。仿真结果表明,对比传统智能优化算法(如遗传算法、灰狼优化算法)和多种已有控制器(经典Smith、PI-PD型Smith和传统滤波Smith预估器),该方法具有更强的时滞补偿能力和更优的气弹控制性能,在不确定时滞、不确定风速、刚度变化和驱动干扰等算例下,保持了优良的时滞气弹控制效果,具有较强的鲁棒性。     

基于加性分解的轧机液压伺服位置系统控制

针对具有参数不确定性、非线性模型和状态不可测的轧机液压伺服位置系统,提出一种基于加性分解(additive-state-decomposition,ASD)动态逆原理的控制算法。该原理首先将轧机液压伺服位置控制问题分解为两个子问题,即线性时不变主系统的跟踪问题和次系统的镇定问题,然后利用动态逆设计出系统的控制器,最后将所设计的控制器应用于某1 450 mm四辊可逆轧机进行仿真,并与传统PID轧机液压伺服位置系统控制进行对比分析。仿真结果表明:该控制器能够抑制外部负载扰动大幅度变化和不确定性因素对系统的影响,保证系统位置跟踪精度且具有良好的鲁棒性和平稳的控制输入,其效果优于PID控制。     

基于模糊分数阶PID的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制

针对开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统,引入分数阶积分与分数阶微分和二维模糊控制器结合,设计模糊分数阶PID转速外环控制器,提出了基于模糊分数阶PID的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制。引入分数阶积分可提高系统的稳态精度,削弱积分饱和引起的大超调;运用分数阶微分解决原一阶微分易受高频干扰的缺点,提高系统的动态性能;基于RBF神经网络设计了PID转矩内环控制器,适应开关磁阻电机的非线性,实现转矩的双闭环跟踪控制。通过仿真表明:设计的模糊分数阶PID转速外环控制器能有效减小开关磁阻电机转矩脉动,系统快速达到稳态,动态性能良好,适应性强。     

基于分数阶滑模控制的高精度印刷机纠偏系统研究

目的 解决卷对卷印刷收卷不齐的问题，提高收卷精度。方法 对印刷机收卷纠偏原理进行分析，建立收卷纠偏系统数学模型，提出基于分数阶滑模控制的纠偏算法，分析其稳定性。在不同收卷线速度、不同跑偏干扰输入信号的条件下进行仿真。搭建收卷纠偏实验平台，对2种控制方法进行收卷纠偏控制实验。结果 仿真结果表明，分数阶滑模控制器比传统PID控制器具有较好的动态性能和稳态性能。实验结果表明，分数阶滑模控制算法比传统PID控制具有更高的纠偏精度。结论 分数阶滑模控制算法可以有效提高印刷机收卷纠偏精度，满足高精度印刷要求。     

基于内环H_∞控制的实时混合试验

实时混合试验将结构的关键部位作为试验子结构进行试验,而其余部分作为数值子结构在计算机中模拟,并通过作动器或振动台对试验子结构进行加载来实现二者边界条件的协调。由于作动器-试件系统复杂的非线性动力特性,传统的PID控制器性能受到一定影响,必须采用时滞补偿方法或外环控制消除作动器-试件系统的非线性动力特性影响,才能保证实时混合试验的成功。为在作动器内环消除作动器-试件系统非线性动力特性的影响,采用基于混合灵敏度的H_∞控制理论设计实时混合试验作动器内环控制器,并研究了这种方法的可行性。数值仿真表明,H_∞控制器表现出较好的跟踪性能并具有一定的鲁棒性;单自由度线弹性结构实时混合试验证明了该方法在作动器内环控制上的可行性。     

基于GA-PSO的印版滚筒温度二自由度PID参数整定

目的为了得到最优PID控制器的整定参数,满足印版滚筒温度实际控制要求,使温度控制具有更高的精确性和准确性。方法提出一种把遗传算法、粒子群算法相结合的智能混合算法,用该算法对二自由度PID参数进行优化,并将该思想用于印版滚筒温度控制系统;基于Matlab进行仿真,并与文中其他整定方法相比较。结果通过仿真验证,文中提出方法具有良好的控制效果,与其他方法相比,具有系统响应快、调节时间短、超调量小、鲁棒性好等优点,并具有极强的抗干扰能力。其目标值跟踪特性中调节时间为143.7 s,超调量为15%;其外扰动抑制特性中调节时间为57 s,超调量为2.5%,明显优于其他方法。结论采用该融合算法可充分发挥2种算法的优点,具有优良的性能指标值,可更好地满足现场控制要求。     

应用于圆饼工件分拣的码垛机器人自适应积分滑模控制

目的 针对存在系统未建模特性和负载变化下码垛机器人关节空间轨迹跟踪控制的问题,设计一种基于结合时延估计技术与自适应积分滑模面的控制策略。方法 根据圆饼工件分拣需求,设计一款桌面式码垛机器人系统,推导机器人的运动学与动力学模型,给出关节空间轨迹规划算法,并基于无模型思想设计关节空间轨迹跟踪控制器。结果 利用雅克比伪逆法可反解出机器人的关节角;通过所提的轨迹规划算法能有效获得各关节运动轨迹;与PID控制器和积分滑模控制器相比,文中所提控制器具有较好的控制精度、较强抗干扰性和较高的鲁棒性。结论 仿真和实验结果表明,所设计的基于时延估计技术的自适应积分滑模控制器是合理的,能使得码垛机器人完成圆饼工件的分拣任务,具有一定的工程应用价值。     

基于扰动抑制的差分进化算法的纸浆浓度控制系统

目的为了解决传统单PID控制优化算法仅关注跟踪性能,无法满足在纸浆浓度控制系统等工业生产环节中控制品质和成品良率的需求。方法将PID控制系统离散化以计算在高斯扰动下的输出方差作为扰动抑制的依据,并结合ITAE指标通过差分进化算法优化PID性能。结果仿真表明,该整定方法可以通过权值选取优化的偏好,自由调节PID控制器的性能表现,对比基于Z-N法的PID控制和基于PSO算法优化的PID控制,基于扰动抑制差分进化算法的PID控制的ITAE指标为14.3495,输出方差为31.8530,均优于其他2种算法。结论基于扰动抑制的差分进化算法可以通过用户自定义权重来协调纸浆浓度的输出方差和跟踪性能,从更实际的角度整定纸浆浓度控制系统的PID控制器参数,使得控制系统的性能指标满足工业生产要求。     

Fractional-order integral and derivative controller for temperature profile tracking

This paper establishes a new strategy to tune a fractional order integral and derivative (ID) controller satisfying gain and phase margins based on Bode’s ideal transfer function as a reference model, for a temperature profile tracking. A systematic analysis resulting in a non-linear equation relating user-defined gain and phase margins to the fractional order controller is derived. The closed-loop system designed has a feature of robustness to gain variations with step responses exhibiting a nearly iso-damping property. This paper aims to apply the analytical tuning procedure to control the heat flow systems at selected points in Quanser experimental platform. Thus, the main purpose of this paper is to examine performances of two different fractional order controllers in temperature profile tracking. From experimental comparisons with the traditional PI/PID controller based on Ziegler-Nichols’ tuning method, it will be shown that the proposed methodologies are specifically beneficial in controlling temperature in time-delay heat flow systems.     

凹版印刷机放卷张力模糊自抗扰控制方法

目的提高凹版印刷机放卷系统张力控制的稳定性。方法结合模糊控制和自抗扰控制提出一种放卷张力控制方法。根据放卷系统的工作原理,分别建立料带张力、摆辊动力学、辊筒动力学的数学模型,进而得到放卷系统的非线性数学模型。为了提高控制系统的解耦性能、抗干扰性和内部鲁棒性,基于自抗扰控制的同时引入模糊控制,设计一种模糊自抗扰控制器,并进行相关仿真研究和分析。结果与PID控制器相比,该模糊自抗扰控制器较好地实现了系统解耦,而且具有更好的抗干扰性和内部鲁棒性。结论文中方法可以实现凹版印刷机放卷系统的恒张力控制。     

基于模糊分数阶PID的啤酒灌装机贮液缸内液位控制

目的 贮液缸内液位的变化对啤酒灌装机的正常工作以及产品质量和生产效率等有重要影响,传统的PID控制很难准确控制贮液缸内的液位,为提高啤酒灌装机的工作效率和啤酒的质量等,需对贮液缸内液位进行精准控制。方法 根据分数阶微积分理论的知识,提出分数阶PID控制,该控制方法将传统的PID控制推广到分数阶领域中,利用Oustaloup算法实现传统PID控制由点到面的转变,使控制精度更高。针对分数阶PID控制器参数的调整问题,结合智能控制理论,引入模糊控制算法,提出模糊分数阶PID控制,以实现参数的在线调整,并与传统控制方法进行对比。结果 利用Simulink工具箱搭建模糊分数阶PID控制的啤酒灌装机贮液缸内液位控制系统的仿真平台,与传统控制相比较,模糊分数阶PID控制器能够获得良好的控制性能指标,无论动态指标还是静态指标以及抗干扰能力,都有较大的改善。结论 采用文中提出的方法能够明显提高液缸内液位的精准控制精度,提高啤酒灌装机的工作效率以及啤酒的质量,满足了工业生产的要求。     

基于神经网络优化的交流自抗扰伺服系统控制

目的 为了解决传统交流永磁同步电机伺服自抗扰控制系统中外界扰动、非线性特性和本身自抗扰控制中参数较多且整定难的问题.方法 利用小波神经网络对自抗扰控制中的扩张状态观测器的误差校正系数进行在线整定,设计出基于小波神经网络优化的自抗扰控制器及相关的控制系统,以实现对整体控制系统的性能优化,并通过在Matlab/SIMULINK仿真实验与传统PID伺服控制系统和未进行优化的交流自抗扰伺服系统进行对比验证.结果 仿真结果表明,基于小波神经网络优化的交流永磁同步电机伺服自抗扰控制系统对目标位置动态响应快、稳态误差小、抗干扰能力强,稳态时转矩脉动小.结论 与常规未优化自抗扰伺服系统和传统PID伺服系统相比,基于小波神经网络优化后的自抗扰伺服系统,能有效地提高伺服系统控制性能和鲁棒性.     

大射电望远镜馈源指向系统轨迹跟踪免疫PID控制

新一代大射电望远镜（LT）馈源指向跟踪系统具有变结构、非线性、慢时变、大滞后、强耦合、多输入多输出的特点,根据生物免疫系统反馈机理,在分析了常规PID控制和模糊控制算法的基础上,提出了用模糊控制器自动调整免疫系统反馈规律的免疫PID控制器来实现馈源轨迹跟踪的策略。对LT馈源指向跟踪系统的数值仿真实验结果表明,当存在外界随机扰动时该控制算法不仅能满足对馈源轨迹跟踪精度的要求,而且控制系统具有较强的鲁棒性。     

基于混合灵敏度方法的EPAS系统控制研究

建立汽车模型和EPAS系统动力学模型,针对EPAS系统中存在的传感器噪声和路面干扰等难题,将基于混合灵敏度设计方法的H∞鲁棒控制理论应用于汽车EPAS系统的控制研究,设计混合灵敏度H∞鲁棒控制器,并与PID控制器进行仿真比较。仿真结果表明,采用H∞控制器能有效地抑制传感器噪声和路面干扰,提高了系统的抗干扰性能,增强了系统的鲁棒性。