非自衡化工生产过程的PID控制解析设计

针对非自衡化工过程难以控制及所得控制器参数调节无规律可循的问题,为提高过程控制品质,通过设计跟踪给定值控制回路和抑制干扰控制回路来实现非自衡化工过程的控制;利用最优控制理论、Taylor近似,设计得到的跟踪给定值控制器和抑制干扰控制器其PID参数可解析给出,每个控制器只有唯一的调节参数且两个回路的参数调节相互独立,最后定性分析了闭环控制系统的稳定性,仿真结果表明基于该控制系统可有效实现非自衡化工过程的控制。     

考虑J2项摄动的小推力燃料最优转移轨道设计

为优化得到考虑地球扁率J2项摄动影响的小推力燃料最优转移轨道,提出了一种3次同伦方法.构造较简单的采用"线性引力",且不考虑J2项摄动的大推力能量最优转移轨道作为同伦初始问题.引入3个同伦参数,分别对动力学模型、推力大小和性能指标进行同伦,根据极小值原理推导得到同伦过程中的最优控制律,并通过跟踪同伦参数的连续变化求解一系列的同伦迭代子问题,分别得到J2摄动模型下的大推力能量最优转移轨道和小推力能量最优转移轨道,并最终优化得到小推力燃料最优转移轨道.以航天器与位于太阳同步轨道的碎片的交会任务为算例进行数值仿真,验证所提出的3次同伦方法在求解J2项摄动影响下的小推力燃料最优转移轨道优化问题中的有效性.结果表明,利用打靶法容易对同伦初始问题进行求解,在同伦过程中能连续稳定地跟踪同伦参数,进而得到所需的燃料最优小推力转移轨道,利用该方法能有效地解决J2项摄动导致的非线性强、推力小、转移圈数多等原因所导致的一般数值优化算法不易收敛的难题.     

基于ITAE最优控制律的CFB锅炉优化控制

在循环流化床(CFB)锅炉燃烧自动控制系统中,床温与主蒸汽压力耦合比较严重,常规控制算法的控制效果不是很理想。通过分析CFB锅炉的燃烧机理和动态特性,设计了部分前馈解耦控制器,实现了床温和主蒸汽压力的解耦。解耦后得到两个一阶惯性大迟延系统模型,针对CFB锅炉燃烧系统纯迟延较大对控制带来的挑战,应用ITAE最优控制率,对工业现场最常见的PI控制回路进行二次优化控制,并给出了控制器参数的求取方法。仿真结果说明该方法优化的结果各个性能指标较好。此优化方法算法简便,控制效果理想,且适合工程应用。     

混合动力汽车实时优化控制策略仿真分析

针对无级变速混合动力汽车中发动机工作点与道路工况解耦的运行特点,提出一种基于二次型最优控制理论的实时优化控制策略,该策略在保证动力系统输出量跟踪给定值的同时,通过平滑发动机功率运行曲线,从而间接降低车辆燃油消耗。基于ADVISOR软件的二次开发,建立实时优化控制系统的仿真模型,并在8种不同工况下进行仿真对比,结果表明:本文控制策略不仅使车辆具有良好的动力性能,而且在道路工况未知条件下,能显著降低油耗和排放水平,节油效果与基于庞特里亚金最小值原理(Pontryagin′s minimum principle,PMP)的全局最优控制策略相近,仅相差1.05%~4.82%。     

增程式电动汽车复合式蓄能系统能量管理策略研究

就增程式电动汽车而言,其蓄能系统配置及能量管理策略对其自身等效燃油经济性、电池组寿命和动力性能有重要作用。本研究描述了本项目开发的搭载超级电容的增程式电动汽车复合式蓄能系统配置,开发了基于模糊逻辑的能量管理策略,并基于Matlab/Simulink仿真分析了二者协同作用下车辆表现的提升与电池组循环寿命的保护。其中,能量管理策略特别关注了加速踏板加速度信息,以更好的理解驾驶员的驾驶意图,进一步优化各蓄能部件及发电部件间的功率分配,起到预判和应对突发功率需求、保护电池组寿命的作用。仿真结果显示,车辆功率响应速度和动力性能得到提高、电池组寿命得到保护。     

电流变客车减振器的力学分析与最优控制

在减振器中采用电流变液,通过控制电场实时响应路面激励,提高客车对振动响应的智能性。基于车辆1/4动力学模型的分析表明,在0～25 Hz路面激励下,车身加速度、相对动载、悬架动挠度的共振响应峰值分别减小52.9%、52.6%、60.0%。线性二次型最优控制理论的仿真结果表明,主动悬架系统的车身振动加速度减小0.37 m/s2,悬架动挠度值减小4.3 mm,轮胎变形量基本不变(仅约0.1 mm),实现了良好的减振性能,从而提高了行驶平顺性、被动悬架系统稳定性。不同路面状况下所需的场强幅值为3.5 kV/mm、能耗约为225 W,为配套电源的设计提供了依据。     

延迟容忍网络能量受限的路由控制策略

延迟容忍网络节点之间的连接模式可以用Edge-Markovian模型描述,该模型优于传统的负指数模型。该文基于Edge-Markovian模型研究有限能量约束下two-hop算法的最优控制问题。为了降低能量消耗,采用概率two-hop算法,信息源在每个通信机会以一定概率决定是否发送信息,问题转化为选择合适的概率在满足能量约束的前提下最大化传输成功率。利用离散时间Markov过程对问题进行建模,并从理论上证明最优概率是阈值形式。仿真及数值结果证明了模型的有效性。     

四轮转向车辆操纵稳定性的最优控制策略研究

为提高四轮转向汽车的操纵稳定性,提出一种联合后轮转向和横摆力矩的最优控制方法.从7自由度四轮转向整车模型出发,建立车辆转向的线性化简化模型和理想模型,并基于二次型最优控制理论推导出前馈控制器和反馈控制器.仿真结果表明:在低速和高速行驶工况下,相比传统的前馈控制,基于最优设计的前馈控制器能改善车辆的行驶姿态,而实施前馈加反馈的最优控制方法可获得更优的理想模型跟踪控制性能,实现了零侧偏角控制目标,同时横摆角速度的控制误差也很小,使得汽车具有更好的行驶轨迹、速度保持能力和稳定状态,进一步提高了车辆的操纵稳定性.     

基于GA的两轮自平衡小车LQR最优控制器设计

针对传统LQR最优控制器权重矩阵确定困难以及由此导致的响应速度慢等问题,以具有多变量、强耦合、非线性特点的两轮自平衡小车为被控对象,提出了一种通过遗传算法实现LQR控制器参数寻优的方法。选择线性二次型性能指标为目标函数,利用遗传算法的全局优化搜索能力,获取权阵Q的最优解,从而设计状态反馈控制率K,搭建系统动力学模型进行仿真实验。实验结果表明:该方法设计的最优控制器相对于传统的极点配置和LQR方法具有更好的控制效果,系统响应速度更快,超调更小。     

温室大棚温湿度跟踪切换最优控制器

温室大棚中的温湿度系统具有非线性、耦合关系强和滞后等特性,为了实现对温室的温湿度控制,建立了基于能量和质量平衡的温室大棚环境机理模型.针对温室大棚控制系统的非线性,对多个工作点系统进行线性化,得到了一组线性系统模型.基于切换思想,在不同工作点附近采用不同的系统模型参数;基于线性二次型性能指标,设计了温湿度跟踪切换最优控制器,并通过共同Lyapunov函数法验证了该切换系统的稳定性.仿真结果表明,设计的控制器可以很好地实现对温湿度目标值的跟踪控制.