反向响应过程控制的新方法

本文在反向响应过程传统控制方法和Dahlin算法控制的基础上,提出了一种新的控制方法,该方法较其它控制方法在控制性能上有显著的提高,且具有良好的鲁棒性。     

具有反向响应过程的最优预估控制

本文在最优控制理论和鲁棒控制理论的基础上,提出一种反向响应过程的控制器的解析设计方法,从根本上解决了这类对象的控制问题。所得到的控制器不但可以具有最优的性能,而且可以获得任意好的鲁棒性。     

侵彻过程弹体结构响应频率特性的分析方法

为了研究侵彻过程中弹体结构响应的频率特性,通过建立弹体的有限元模型,利用弹体结构模态分析求解得到弹体的固有频率和振型,并对弹体进行谐响应分析,得到弹体在侵彻阻力作用下达到共振时的频率.针对侵彻加速度信号是非平稳时变信号,采用总体经验模态分解算法对实测的侵彻信号进行分解,找到与谐响应分析获得的共振频率相对应的分量,从而估计出弹体结构响应的对应频率.通过对实测的侵彻4层混凝土靶板的加速度信号分析,分解出的第3阶固有模态函数分量频率与谐响应分析所得弹体结构响应共振频率的相对误差为4·2％,该分量为弹体结构响应加速度信号,从而得到该实验弹在侵彻过程中弹体结构响应的频率.     

结构可靠性分析的响应面方法比较研究

针对隐性功能函数下结构可靠性分析问题,将有限元数值分析(FEM)、响应面方法(RSM)和蒙特卡洛随机模拟(MCS)相结合,实现了隐性功能函数下结构可靠度的计算,其中响应面方法包括多项式响应面法(MRSM)和神经网络响应面法(ANN).以简支梁为例,阐明了该方法的具体实现过程,并以直接MonteCarlo模拟法计算结果作为相对精确解,对不同响应面法支持下的FEM-MRSM-MCS和FEM-ANN-MCS的计算结果进行了对比分析,得出两种响应面法均可满足工程要求,但在泛化能力和精度方面,神经网络响应面均优于多项式响应面,且神经网络响应面可以一次实现从多维空间向另一多维空间的映射,为多失效模式下隐性功能函数下复杂结构的可靠性分析提供了新的思路.     

具有反向呼应过程的最优预估控制

本文在最优控制理论和鲁棒控制理论的基础上，提出了一种反向响应过程的控制的解析设计方法，从根本上解决了这类对象的控制问题，所得到的控制 但可以具有最优的性能，而且可以获得任意好的鲁棒性。     

基于响应面法的复杂件回弹有限元模拟优化设计

由于单元多、复杂件的回弹很难预测和控制。基于应变增加降低回弹理论,采用变拉延筋阻力方法,对复杂覆盖件的回弹进行了控制研究。拉延筋阻力的预测,采用二维平面应变有限元法。考虑到拉延筋设计的困难,提出了基于数据挖掘,进行拉延筋反向设计的思想。采用响应面方法对拉延筋阻力进行了优化设计,提出采用未充分变形区的面积作为目标函数,通过响应面模型拟合得到了一个优化的阻力。采用该阻力进行模拟,发现成型件中未充分变形区得到消除,模拟发现回弹大大降低,达到设计要求。     

建筑结构振动智能化最优控制设计

高层建筑结构在风、浪、地震等动载荷影响下易产生动态响应,此过程中易出现较大的位移响应,从而对高层建筑结构安全造成巨大威胁。为了对建筑结构动态响应进行有效控制,基于稳定逆理论提出了一种最优迭代学习控制方法,对算法收敛性进行分析。仿真结果表明,该方法能有对Benchmark模型的地震位移响应进行有效控制,使得控制效果得到一定的改善。     

Duffing振子与响应灵敏度结合的结构损伤检测方法

阐述了Holmes型Duffing方程的混沌特性用于强噪声背景下弱信号检测的机理。针对强噪声背景下的结构损伤定位问题,提出了基于Duffing振子和响应灵敏度结合的结构损伤定位方法,仅通过一组特定的参数来实现对于噪声背景下响应信号的提取,避开了传统的Duffing振子参数选择的繁琐性,适用于更高的噪声水平,同等噪声水平下较传统的时域响应灵敏度方法计算量更小。将该方法用于强噪声背景下三维桥梁结构模型的损伤检测,结果表明,该方法在强噪声背景环境下能较好地实现损伤定位,为强噪声背景环境下的实际工程结构损伤识别提供了良好的思路。     

粘弹性复合结构动力响应数值分析方法

应用有限元方法进行粘弹性复合结构动力学响应分析时，由于粘弹性材料的时 变特性使动力学方程难于求解，本文给出了一种基于模态叠加法及迭代法相结合求 解复合结构动力响应的数值方法。首先利用复合结构的弹性模量系统特征解将复合 结构动力学方程变换为耦合的模态方程，其次采用迭代法求解耦合模态方程。通过 算例表明了该方法具有较高的计算精度及迭代过程具有较好的收敛性。     

超大口径天线结构的风振响应

为明确大型天线结构风振响应特性,以待建的110m全可动天线为研究平台,对其展开各迎风姿态下的风荷载特性分析。根据刚性模型风洞试验结果,探讨了反射面平均风压分布规律及最不利风向角。在此基础上,采用基于随机振动理论的非线性时程分析法进一步对结构的风致动力响应展开研究,总结了风振响应特性。结果表明,该结构自振频率分布密集,结构较柔,其风振响应是一个窄带过程,振动能量随着俯仰角的增大而逐渐提高,且高阶振型逐渐对风致振动有所贡献。该成果可为天线结构抗风设计提供较为全面的荷载取值参考。     

Enhanced IMC design of load disturbance rejection for integrating and unstable processes with slow dynamics

In view of the deficiencies in existing internal model control (IMC)-based methods for load disturbance rejection for integrating and unstable processes with slow dynamics, a modified IMC-based controller design is proposed to deal with step- or ramp-type load disturbance that is often encountered in engineering practices. By classifying the ways through which such load disturbance enters into the process, analytical controller formulae are correspondingly developed, based on a two-degree-of-freedom (2DOF) control structure that allows for separate optimization of load disturbance rejection from setpoint tracking. An obvious merit is that there is only a single adjustable parameter in the proposed controller, which in essence corresponds to the time constant of the closed-loop transfer function for load disturbance rejection, and can be monotonically tuned to meet a good trade-off between disturbance rejection performance and closed-loop robust stability. At the same time, robust tuning constraints are given to accommodate process uncertainties in practice. Illustrative examples from the recent literature are used to show effectiveness and merits of the proposed method for different cases of load disturbance.     

Robust fast controller design via nonlinear fractional differential equations

A new method for linear system controller design is proposed whereby the closed-loop system achieves both robustness and fast response. The robustness performance considered here means the damping ratio of closed-loop system can keep its desired value under system parameter perturbation, while the fast response, represented by rise time of system output, can be improved by tuning the controller parameter. We exploit techniques from both the nonlinear systems control and the fractional order systems control to derive a novel nonlinear fractional order controller. For theoretical analysis of the closed-loop system performance, two comparison theorems are developed for a class of fractional differential equations. Moreover, the rise time of the closed-loop system can be estimated, which facilitates our controller design to satisfy the fast response performance and maintain the robustness. Finally, numerical examples are given to illustrate the effectiveness of our methods.     

基于神经网络逆系统的发酵过程多变量解耦控制

发酵过程是时变、非线性、不确定的多变量耦合系统，高性能的解耦控制一直是追求的目标。将逆系统方法与神经网络相结合，提出了一种基于神经网络逆系统的发酵过程解耦控制方法。根据发酵过程的特点，给出了相应的数学模型，并证明了系统的可逆性，进一步构造神经网络逆系统并与发酵系统串联复合成伪线性系统，再设计线性闭环调节器实现高性能解耦控制。仿真结果表明，提出的解耦控制方法能够适应过程模型的不确定性和参数的时变性，具有较强的鲁棒性，克服了解析逆系统解耦控制方案依赖于过程模型和对模型参数的变化很敏感的缺点。     

Type-2 fuzzy model based controller design for neutralization processes

In this study, an inverse controller based on a type-2 fuzzy model control design strategy is introduced and this main controller is embedded within an internal model control structure. Then, the overall proposed control structure is implemented in a pH neutralization experimental setup. The inverse fuzzy control signal generation is handled as an optimization problem and solved at each sampling time in an online manner. Although, inverse fuzzy model controllers may produce perfect control in perfect model match case and/or non-existence of disturbances, this open loop control would not be sufficient in the case of modeling mismatches or disturbances. Therefore, an internal model control structure is proposed to compensate these errors in order to overcome this deficiency where the basic controller is an inverse type-2 fuzzy model. This feature improves the closed-loop performance to disturbance rejection as shown through the real-time control of the pH neutralization process. Experimental results demonstrate the superiority of the inverse type-2 fuzzy model controller structure compared to the inverse type-1 fuzzy model controller and conventional control structures.     

基于建模误差PDF形状的间歇过程数据驱动模型

间歇过程的优化控制依赖于过程精确的数学模型,数据驱动的建模方法是目前间歇过程模型研究中的热点问题.突破传统数据驱动建模方法中采用均方差(mean squared error,MSE)作为准则函数的思想,提出一种新颖的间歇过程数据驱动建模方法,引入了概率密度函数(probability density function,PDF)控制的概念,构造间歇过程模型误差控制系统,将模型的可调参数作为控制系统的输入,模型误差PDF的形状作为控制系统的输出,从而把开环模型参数辨识问题转化为模型误差PDF形状的闭环控制问题.通过可调参数控制模型误差PDF的空间分布状态,不仅能够保障模型精度,还可控制模型误差的空间分布状态,从而消除模型中的有色噪声.仿真实验表明,基于模型误差PDF形状的间歇过程数据驱动模型具有较好的建模精度、鲁棒性和泛化能力,为间歇过程的数据驱动建模提供了一条新途径.     

铁路人员上线作业流程闭环安全卡控系统设计

为提高铁路上线作业双向闭环工作的有效管理和稳定性,保证操作人员生命安全,提出并设计了一种上线作业流程闭环安全卡控系统,通过比例控制规律与积分控制规律相结合,减少或清除系统稳态误差.以比例 积分控制规律下调节器作为位置控制,得到反馈通道、广义对象构成的全闭环系统结构,设计登录模块、故障记录模块、卡控过程展示、信息交互以及系统数据库工作表,结合 PID 闭环安全控制算法,跟踪目标的运动轨迹,实现铁路人员的安全卡控的目的.实验证明,所提方法在外界干扰信号较强的情况下,仍然能够实现信息交互,有效保证卡控系统实时性和鲁棒性.     

Relay-enhanced multi-loop PI controllers

In this paper, the development of relay-enhanced multi-loop PI controllers is described for multivariable processes. The control system employs a relay in series with the controller. The relay can ensure a satisfactory level of closed-loop performance and it also yields oscillations for tuning of the PI controller based on an equivalent process model for each loop. A simulation example [on a two-inputs-two-outputs (TITO) process] is provided to illustrate the effectiveness of the proposed method and to compare its performance to an existing method.     

阀门执行机构的PLC闭环控制方法

为了有效避免响应死区控制回路产生振动的现象,提出一种考虑响应死区的阀门执行机构PLC闭环控制方法。分析阀门执行机构的工作原理,在响应死区条件下,构建动态数学模型,通过分析调节阀门和压力之间的关系得到传递函数。同时通过将模糊滑模控制和PID控制有效集合,构建一种增量式模糊控制器,引入改进遗传算法获取智能优化控制策略,最终实现阀门执行机构PLC闭环控制。实验测试表明,所提方法具有较好的控制性能,能够对系统的超调性及时处理,并且相应的阀门开度高于20%,可以有效满足阀门执行机构PLC工作需求。