一类工业运行过程多模型自适应控制方法

针对一类动态未知的工业运行过程,提出一种基于神经网络补偿和多模型切换的自适应控制方法.为充分考虑底层跟踪误差对整个运行过程优化和控制的影响,将底层极点配置控制系统和上层运行层动态模型相结合,作为运行过程动态模型.针对参数未知的运行过程动态模型,设计由线性鲁棒自适应控制器、基于神经网络补偿的非线性自适应控制器以及切换机制组成的多模型自适应控制算法.采用带死区的递推最小二乘算法在线辨识控制器参数,克服了投影算法收敛速度慢、对参数初值灵敏的局限.理论分析和仿真实验结果表明了所提方法的有效性.     

FCS-MPC在HAPF无功补偿控制中抑制谐振的研究

针对有源滤波器(APF)在无功补偿过程出现谐振的问题,为提高动态无功补偿中使用的控制算法的动态响应能力,提出一种新的基于有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)的动态无功补偿策略.该策略是基于LCL滤波器方程的模型来预测系统状态并优化控制,同时采用多变量结构控制和自适应陷波滤波器来抑制共振,跟踪负载无功功率的波动和突变,提升HAPF的动态响应能力.并通过仿真和实际结果证明了FCS-MPC在HAPF无功控制中的可行性,设备的动态响应明显提高.结果 表明,FCS-MPC在HAPF无功控制中可以快速跟踪负载无功功率变化,有效抑制APF中出现的谐振且系统的动态响应能力明显提升.     

液压釜温度自适应预测控制

详细介绍了液压釜温度系统自适应控制方案、误差分析及实际应用调试情况.应用 全系数自适应控制理论及模型预测控制原理设计了一种新的自适应预测控制方案,并给出了 控制算法的稳定性证明及闭环系统稳态误差和动态特性分析.实际应用表明,该方法对建模 误差、系统延时及测量噪声具有较好的鲁棒性.     

气动人工肌肉驱动的并联平台模糊PID控制

为了提高气动人工肌肉(PAM)驱动的3自由度并联平台的位置跟踪控制精度,提出一种基于Prandtl-Ishlinskii(P-I)逆模型的模糊PID(比例-积分-微分)控制算法.首先通过动态试验分析单根PAM的迟滞特性,建立P-I逆模型.接着搭建PAM驱动的3自由度并联试验平台,设计模糊PID控制器.试验结果显示模型最大误差为0.3904 mm,平均误差为0.0793 mm,验证了所提控制算法能够很大程度地减小PAM迟滞特性对动态控制精度的影响.3自由度平台的γ角误差能保持在0.13?以内,基于P-I逆模型的模糊PID控制器整体误差波动小,表明动态轨迹跟踪效果较好.     

考虑执行器性能约束的刚体航天器鲁棒姿态跟踪控制

针对存在模型不确定性、外界干扰力矩和执行器性能受限等约束条件下的刚体航天器姿态跟踪控制问题进行研究,并基于滑模控制、反步控制、自适应控制、辅助系统和动态面控制等方法设计相应的鲁棒姿态跟踪控制算法.利用自适应控制实现了对具有多项式形式上界函数的系统未知不确定性进行在线估计和补偿;通过建立描述执行器动态特性的低通滤波模型,并结合辅助系统方法,以确保执行器输出控制力矩的幅值及其变化率均满足一定的饱和约束;通过引入动态面控制法,避免期望虚拟控制信号的一阶导数项直接出现在控制器中,简化了闭环姿态跟踪控制器的设计形式.最后,通过数值仿真验证了所提出控制算法的有效性和可行性.     

自适应重复学习算法在岩土动态应力试验中的应用

岩土实验机的执行机构与被压试样都具有非线性、时变特性,针对周期性动态应力波形的跟踪问题,在结合传统PID控制算法基础上,提出一种自适应重复学习控制算法.依据不同的控制过程增加了不同的计算模型和控制参数,进而设计了自适应重复学习控制器,通过斜率差值法和误差均值法对比例增益和偏差进行自适应调整,通过重复学习对自适应结果进行优化.通过实际实验验证了该算法的稳定性和收敛性,从而保证了非线性负载所承受的动态应力能够准确跟踪设定的动态波形.目前,该算法已应用于1000 kN多功能三轴试验仪正弦波和三角波的波形跟踪.     

饱和输入下四旋翼无人机滑模轨迹跟踪控制

为解决四旋翼无人机在饱和输入下的轨迹跟踪控制问题,同时兼顾系统存在的参数不确定性和外部风力扰动影响,设计了一种改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制方法;基于六自由度架构,设计四旋翼无人机简化的系统模型,进而降低控制器设计的复杂程度;引入带有误差信号的滑模函数,设计带有误差信号的饱和补偿自适应控制律,同时增加鲁棒控制项,降低由于饱和输入问题带来的抖振影响,并减小参数不确定和外部风力扰动对系统稳定性的影响;系统模型与抗干扰自适应控制律相结合,形成了改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制策略,实现四旋翼无人机的位置轨迹和姿态轨迹的稳定跟踪;最后通过数值仿真与传统PD控制算法进行仿真比较,验证控制方法的有效性和优越性。     

时延MPC自主车辆协同控制算法与仿真

协同自适应巡航控制（CACC）系统中车辆纵向运动的上下位分层控制器结构,上位控制器采用状态空间模型预测控制算法,利用期望距离以及车辆与环境的实时信息决策出被控车辆运动的期望加速度。下位控制器根据期望加速度,求解发动机节气门开度或制动压力。车辆的执行器时延会对系统的稳定性产生很大的影响。根据动态矩阵控制算法对纯滞后对象的补偿作用,提出一种改进的模型预测控制算法,并与PID控制算法（下位控制器）相结合形成自主车辆纵向运动的上下位分层控制器,以补偿车辆的执行器时延带来的影响。通过SIMULINK/CARSIM联合仿真平台对所设计的算法进行了仿真研究,仿真结果表明所设计算法减小了CACC系统车辆在跟随过程中的速度跟踪误差以及间距误差,提高了系统的稳定性法。     

具有输入齿隙的一类非线性不确定系统自适应鲁棒控制

针对一类具有未知输入齿隙、参数不确定以及未建模动态和干扰的非线性系统,设计了自适应鲁棒控制器.将齿隙非线性模型等价表示为具有有界建模误差的全局线性化模型,在此基础上设计了包含自适应模型补偿、反馈稳定和鲁棒反馈3部分的自适应鲁棒控制器,并给出了系统动态跟踪误差和稳态误差指标.理论分析证明,闭环控制系统信号有界且跟踪误差在任意期望的精度范围内,仿真研究验证了所提出方法的有效性.     

基于聚合跟踪误差的多USV自适应连续协调控制

针对仅邻近多无人水面船(Unmanned Surface Vessel,USV)在无向连通通信拓扑结构下,USV协调轨迹跟踪控制问题,提出一种基于领航者跟随协调策略的分布式自适应连续跟踪控制算法。通过引入虚拟领航者,假设其已知期望轨迹和期望速度,利用跟随者的队形位置跟踪误差和速度跟踪误差构造聚合跟踪误差。进而基于协调跟踪控制系统的聚合跟踪误差系统模型,使用自适应项补偿外界环境的干扰,结合边界层理论提出分布式自适应连续协调跟踪控制算法以提高系统的鲁棒性。通过Lyapunov稳定性理论证明了聚合跟踪误差的收敛性,所有USV的位置跟踪误差和速度跟踪误差有界并趋于一致,仿真验证了该算法的有效性。     

智能厂房温湿度控制系统

首先分析了厂房温湿度控制与一般建筑物空调系统的区别,指出现在流行的空调控制方法不适合厂房温湿度控制;接着提出一种智能温度控制方法,它不需要确定系统的数学模型,用专控制的方法,在不同控制阶段分别采用开关控制,模糊控制和智能ＰＩＤ控制;最后介绍了实行结果。     

A three-loop model-following control structure: theory and implementation

This article presents a novel three-loop control system, which supplements control structures known from the literature as model following control (MFC). The major advantage of the proposed system is its high robustness to process parameter variations; it is much higher than that offered by single-loop or two-loop control systems. Features of the new structure are revealed by a theoretical analysis that has been carried out from the viewpoint of requirements for a force/pose controller of a Stäubli RX60 manipulator. This article shows how the proposed control structure responds to such strong process parameter variations and makes a comparison to results yielded by single-loop control structures.     

模型跟踪广义预测鲁棒自适应控制器

本文采用滤波CARMA模型,基于内模原理,提出了一种新的广义预测鲁棒自适应控制器,并分析了闭环系统性能,在新的控制器中,引入适当的前馈作用,使得跟踪和调节问题解耦,利用部分状态跟踪、模型参考以及极点配置方法解决跟踪问题,利用多步预测滚动优化方法解决调节问题;适当选择滤波器可以保证对平稳随机扰动有满意的响应,减少可调参数对闭环系统响应的影响,增强系统对未建模动态的鲁棒性,仿真结果表明:该控制器对确定性和非平稳随机扰动具有不变性,对系统时延和阶次变化具有鲁棒性,适用于非最小相位和开环不稳定系统。     

自动化技术专题讲座(Ⅳ)──智能控制技术与应用

主要介绍智能控制的原理、结构、类型和应用。     

Stabilization of robot motion and contact force interaction for third-order motor dynamics

An approach to the synthesis of control laws stabilizing motion and force in contact tasks, based on the exponential stability of the closed-loop control system, is described. When using the synthesized control laws, simultaneous stabilization of both motion and force is achieved with a preset quality of the transient responses. The task is solved in a most general form, taking into account the constraints on robot control, its position and the force of interaction of the robot and the environment, and the external perturbations and inaccuracies of the measuring sensors, when the environment dynamics is being described by nonlinear second-order differential equation, and the robot dynamics includes the third-order equations of the robot actuators dynamics.     

专家PID控制在印染过程温度控制中的应用

对于具有较大时滞,非线性和时变性特点的打样机对象(它是印染行业中的一种小型设备),常规PID控制方法往往难以达到良好的控制效果.本文将专家控制器与常规PID控制器相结合,提出了一种智能控制器结构.试验表明,与常规PID控制器相比,该控制器的控制精度有了明显的提高.     

Robust containment control in a leader–follower network of uncertain Euler–Lagrange systems

A distributed controller is developed that yields cooperative containment control of a network of autonomous dynamical systems. The networked agents are modeled with uncertain nonlinear Euler–Lagrange dynamics affected by an unknown time‐varying exogenous disturbance. The developed continuous controller is robust to input disturbances and uncertain dynamics such that asymptotic convergence of the follower agents' states to the dynamic convex hull formed by the leaders' time‐varying states is achieved. Simulation results are provided to demonstrate the effectiveness of the developed controller. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

解耦控制的现状及发展

通过对多变量系统解耦设计的必要性分析,介绍了传统解耦、自适应解耦、鲁棒解耦、智能解耦等各种解耦方法,并叙述了各种方法的研究现状和应用情况,同时分析了各种方法局限性。指出解耦控制领域的研究已成为控制理论和控制工程界共同关注的热点。自适应解耦与智能解耦,侧重于控制器的研究,它们更多采用试探、优化方法来设计控制器．理论研究还尚待完善。因此,寻求一种有效的、简单易行的控制方法,即寻求理论与实际结合点,是今后研究的方向。     

一种专家智能控制器的仿真研究

该文提出一种专家智能控制器（简称为ＥＩ控制器）．该控制器的参数可基于专家知识和过程参数的变化实时进行调整。仿真结果表明对于工业过程中的大纯滞后、非线性、变参数特性能获得较为满意的调节效果。     

六自由度并联机器人分散鲁棒非线性控制

针对六自由度并联机器人动力学特点,提出了一种新型分散鲁棒非线性控制方法.与传统PD控制策略和已有分散鲁棒非线性控制方法相比,由于控制律中增加了广义误差的小数幂项,改进后的方法除保持原方法的优点外,还具有较强的终端收敛能力,能够保证跟踪误差以更快的速度全局一致收敛到一个更小的剩余集.通过选择合适的控制器参数,可使剩余集趋于0.运用Lyapunov方法分析了系统稳定性,给出了系统稳定性条件.最后,仿真结果验证了该方法的有效性.