无偏模型预测控制综述

无偏(静差)模型预测控制(Model predictive control, MPC)的设计目标是使被控变量渐近地跟踪设定值, 这类控制方法直接关系到闭环系统的跟踪性能和抗扰性能.由于可以有效处理不可测扰动、模型失配等, 无偏MPC具有很强的工程应用价值, 但是在理论方面并没有得到充分重视.近30年来, 围绕无偏MPC的原理、分析和设计展开了一系列的研究工作, 并取得了系统性的研究成果.当前的一些研究结果大多分散在不同的参考文献中, 缺少全面的梳理和呈现.本文的主要工作包括回顾常见无偏控制方法, 综述当前无偏MPC的研究进展, 并探讨一些潜在的研究方向.     

材料塑性损伤的共轴异向波束混频定位及表征方法

共线波束混频方法是一种有效的非线性超声检测方法.当满足共振条件时,一对频率为f1的剪切波和频率为f2的纵波发生共振,产生频率为f2-f1(假设f2大于f1)的共振波.共振波的幅值与超声非线性参数βT成正比.通过调整两激励主波的时延,使得它们在试样中的不同位置混合,可以获得超声非线性参数βT在试样中的分布.试样的塑性变形会引起材料内部三阶弹性常数的变化,而由上述方法得到的超声非线性参数βT恰恰对三阶弹性常数的变化比较敏感.因此,本文利用上述特性实现了对试样塑性变形的定位与表征.     

一种基于伪Wigner-Ville分析的动态优化问题网格重构策略

为了解决控制向量参数化方法逼近精度和计算时间之间的矛盾，提出了一种基于伪Wigner-Ville时频分析的控制向量参数化方法。该方法首先给定较少的网格进行第一次优化迭代，快速获得控制变量的大致轨迹。然后通过伪Wigner-Ville分析得出不同时间网格节点瞬时频率变化对性能指标的影响，籍此对原有网格节点进行重构，包括对时间节点的消除、细化。并且结合变时间节点控制向量参数化方法的思想，将瞬时频率为极大值时对应的时间节点作为待优化参数，与控制变量一同进行求解优化，从而找到准确的最优时间切换点。三个经典的化工反应实例用于验证所提方法，计算结果表明：与传统的控制向量参数化方法和文献结果相比，所提方法可以更有效地重构时间网格，找到准确的时间切换点，不仅计算成本低，而且计算精度更出色。     

一种改进的热泵供暖系统动态实时优化策略

基于经济性目标的热泵供暖动态优化操作具有重要意义，但在操作区间内环境温度和模型参数变化的不确定性会对实际优化操控带来很大挑战。在完善热泵供暖系统模型的基础上，提出了一种改进的动态实时优化控制策略以改善系统的实际节能效果。该方法首先建立以压缩机和送水泵运行频率为控制变量的热泵供暖系统的非线性动态关系模型，并得到以24 h为周期、以综合性能指标最低为目标的动态实时优化命题。然后，在给定24 h环境温度预测情况下通过求解该优化命题得到热泵压缩机和送水泵的最优运行频率轨线，并以当前时间点的最优控制量对热泵供暖系统进行控制；接着，基于天气逐时预测和模型参数最新校验结果对环境温度轨线或者模型参数进行更新，不断地求解原优化命题以更新最优控制轨线，并不断地采用当前点的最优控制量对热泵供暖系统进行控制，直到当前时间点达到第24 h。实例计算结果表明：采用本文提出的方法可以进一步改善热泵供暖系统的动态优化操控效果，并能够很好地满足给定终端约束要求。本方法对于具有周期性和不确定参数的动态实时优化问题求解具有一定的借鉴意义。     

一种基于伪Wigner-Ville分析的动态优化问题网格重构策略

为了解决控制向量参数化方法逼近精度和计算时间之间的矛盾,提出了一种基于伪Wigner-Ville时频分析的控制向量参数化方法。该方法首先给定较少的网格进行第一次优化迭代,快速获得控制变量的大致轨迹。然后通过伪Wigner-Ville分析得出不同时间网格节点瞬时频率变化对性能指标的影响,籍此对原有网格节点进行重构,包括对时间节点的消除、细化。并且结合变时间节点控制向量参数化方法的思想,将瞬时频率为极大值时对应的时间节点作为待优化参数,与控制变量一同进行求解优化,从而找到准确的最优时间切换点。三个经典的化工反应实例用于验证所提方法,计算结果表明:与传统的控制向量参数化方法和文献结果相比,所提方法可以更有效地重构时间网格,找到准确的时间切换点,不仅计算成本低,而且计算精度更出色。     

蚁群算法在自校正PID控制器设计中的应用

该文提出一种适用于一阶或二阶加延迟系统的自校正比例-积分-微分控制器的设计方法。推导了一种的丢番图方程求解方法,降低了自校正控制算法的计算量。使用蚁群优化方法对控制器参数进行离线优化,使系统在某一性能指标下的性能达到最优或接近最优。该设计方法使用递推最小二乘算法进行对象的在线辨识,使系统具有良好的自适应能力。仿真结果表明了该设计方法的有效可行。     

基于专家PID控制的永磁同步电机调速系统

基于专家PID控制提出一种永磁同步电机转速调节器的设计方法。利用专家经验设计相应的控制规则,MATLAB仿真研究表明该方法可以克服常规PID的一些弱点,提高系统的鲁棒性。同常规PID控制器相比,该方法具有较高的动态特性和良好的抗干扰能力。最后给出了相应的仿真结果,表明了该方法的有效性。     

一种改进的热泵供暖系统动态实时优化策略

基于经济性目标的热泵供暖动态优化操作具有重要意义,但在操作区间内环境温度和模型参数变化的不确定性会对实际优化操控带来很大挑战。在完善热泵供暖系统模型的基础上,提出了一种改进的动态实时优化控制策略以改善系统的实际节能效果。该方法首先建立以压缩机和送水泵运行频率为控制变量的热泵供暖系统的非线性动态关系模型,并得到以24 h为周期、以综合性能指标最低为目标的动态实时优化命题。然后,在给定24 h环境温度预测情况下通过求解该优化命题得到热泵压缩机和送水泵的最优运行频率轨线,并以当前时间点的最优控制量对热泵供暖系统进行控制;接着,基于天气逐时预测和模型参数最新校验结果对环境温度轨线或者模型参数进行更新,不断地求解原优化命题以更新最优控制轨线,并不断地采用当前点的最优控制量对热泵供暖系统进行控制,直到当前时间点达到第24 h。实例计算结果表明:采用本文提出的方法可以进一步改善热泵供暖系统的动态优化操控效果,并能够很好地满足给定终端约束要求。本方法对于具有周期性和不确定参数的动态实时优化问题求解具有一定的借鉴意义。     

一阶时滞对象的最优内模PID控制

针对使用传统PID参数整定方法难以获得最优性能的问题,介绍了一种基于内模控制的PID控制器设计方法,使用蚁群优化方法对其中的参数进行优化,使系统达到某一最优性能指标.另外介绍了一种高阶模型的降阶方法,该方法计算简单并具有较高的精度.最后同其他著名的整定方法进行了比较,结果显示该方法有较大的灵活性,在某一性能指标下可使系统获得最优或接近最优的性能.Matlab仿真研究表明了该方法是有效、可行的.     

国家基准毛细管粘度计的动能改正和表面张力影响的研究

本文介绍了中国计量科学研究院研制的两种U型毛细管粘度计。由于采用增长流动时间的方法以消除动能改正影响,使动能改正影响降到0.03％以下。对表面张力影响采用实验和计算两种方法进行修正。两种U型毛细管粘度计测定同一种液体粘度的结果在0.03％以内吻合。从而使测量粘度的总误差为±(0.07～0.4)％。