H_∞控制器在倒立摆控制中的应用

倒立摆由于自身的特殊性,必须采用有效的控制方法才可以使其稳定,因此倒立摆系统常用于验证控制系统的性能。目前倒立摆中采用LQR控制的较多,但是LQR的抗干扰能力相对较差。为此,提出了采用H_∞理论设计的控制器。仿真结果表明,H_∞控制器具有很强的抗干扰能力,在干扰存在时具有较强的鲁棒性,控制效果很好。     

单级倒立摆系统的设计与仿真

运用现代控制理论研究单级倒立摆的平衡控制问题,在设计过程中,首先对倒立摆进行力学分析,建立其空间模型,确立其输入输出变量以及各状态变量,然后根据系统动态响应性能指标设计状态反馈、输出反馈、状态观测器等倒立摆的控制器。最后通过MATLAB/Simulink对倒立摆的模型进行仿真,确定单级倒立摆系统的可行性。     

采用分级模糊滑模控制器实现二级倒立摆的解耦控制

针对二级倒立摆系统的非线性强耦合的特点,提出和采用了一种新型分级模糊滑模(HFSM)控制器的思想,实现了对二级倒立摆系统的解耦控制。基于李亚普诺夫函数采用自适应规则来调节分级模糊滑模控制器参数,保证系统可靠稳定性。通过系统仿真实验,也验证了该方法的可行性和优于采用常规模糊滑模解耦控制的解耦性能。     

参数相关任务中Option算法的子任务重用

将分层强化学习算法中的子任务应用于同类学习任务中是当前强化学习的一个研究热点。在控制系统中,分层强化学习算法存在着子任务受系统参数影响而难以重用的问题。针对这一问题,文章提出基于定性动作的分层Option算法。算法用定性动作描述在参数值不同的系统中,系统同一状态的最优动作所具有的共同特征。同时建立分层子任务,用低层子任务屏蔽系统参数对高层子任务的影响,文中提出的算法用于倒立摆的控制中,算法利用学好的高层子任务仅需要进行少量的学习即可成功控制各种参数值不同的倒立摆系统。     

基于倒立摆系统的最优控制理论研究

通过状态空间表达式的推导,从数学模型中倒立摆系统的建立,来研究探讨其系统的能观性、稳定性和能控性,并利用线性二次型最优调节器(LQR)对倒立摆系统进行控制。MATLAB仿真结构表明,使用LQR控制方法对系统进行控制,能满足系统稳定性、鲁棒性要求。     

基于参数智能调节的模糊预估控制在时滞时变系统中的研究

在化工、炼油、冶金、矿山和建材等一些复杂拘工业过程当中,广泛地存在着时滞时变现象。由于时滞时变的存在,使得控制系统的稳定性变差,调节时间延长,对系统的设计和控制增加了很大的困难。如何控制时变时滞对象一直是控制界关注的课题之一。通常对于固定时滞系统,采用Smith预估控制器进行控制,其结构简单、控制品质好。但它对模型误差及时滞变化较敏感。本文就时滞时变系统提出一种参数智能调节的模糊预估控制,进行仿真研究。     

基于PID控制算法的含时滞主动悬架系统仿真研究

采用纯输入时滞表示主动悬架系统的时滞现象,建立含时滞1/4主动悬架系统的动力学模型,用PID策略实施闭环控制,通过Routh-Hurwitz稳定判据推导出系统稳定性条件,得到系统临界稳定时的时滞量大小。通过MATLAB/SIMULINK分别仿真悬架系统对阶跃输入与谐波输入的响应,结果表明,时滞的存在降低了系统控制效果,超过临界时滞时系统失稳,临界时滞量大小与控制器参数、系统其他参数等诸多因素有关,数值算法与仿真步长的选择对计算结果有较大影响。     

具有多个执行机构的Lurie型时滞控制系统的绝对稳定性

讨论了具有多个执行机构的Ｌｕｒｉｅ型时滞直接系统和Ｌｕｒｉｅ型时滞间接控制系统的绝对稳定性，给出了系统稳定的若干充分条件，研究结果易于转换，并可应用于无时滞的Ｌｕｒｉｅ型控制系统。讨论了具有多个     

一类非线性欠激励机械系统的控制研究

以直轨二级倒立摆 (DIP)系统为例分析了一类非线性欠激励系统动力学 ,提出了一种基于动态变量优化算法和该类系统的控制策略。仿真结果显示了该算法对该类非线性欠激励系统控制的有效性 ,并且该算法具有较快的收敛速度和较高的计算精度。     

基于DSP的掘进机截割控制系统

分析了基于DSP的掘进机控制系统的各个功能模块,对掘进机路径跟踪原理进行了研究,建立了掘进机截割臂的动力学方程。为了提高路径跟踪的精度,采用神经网络与遗传算法相结合的控制算法计算掘进机的水平摆角和垂直摆角,研究了神经网络与遗传算法相结合的控制系统结构和计算流程。对基于DSP的掘进机控制系统的跟踪能力进行仿真,仿真结果表明,该系统水平摆角和垂直摆角的跟踪轨迹与期望轨迹大致相同,基于神经网络-遗传算法的跟踪精度比基于PID控制算法的高。     

双绳缠绕式煤矿深井提升系统钢丝绳张力主动控制方法

针对双绳缠绕式煤矿深井提升系统运行过程中钢丝绳张力不平衡问题,提出了钢丝绳张力主动控制方法。首先,分析双绳缠绕式煤矿深井提升系统钢丝绳张力与浮动天轮液压缸负载力之间的关系,考虑系统存在的非线性问题,建立了提升系统钢丝绳张力主动控制模型;其次,由于煤矿深井提升环境恶劣,因此钢丝绳张力反馈信号通过无线装置进行采集,考虑提升系统运行过程中钢丝绳张力反馈信号通过无线传输存在不确定延时问题,基于系统控制模型构建了钢丝绳张力主动控制矩阵,设计了钢丝绳张力无线反馈信号传输延时补偿观测器,证明了包含延时补偿观测器的钢丝绳张力主动控制模型的稳定性;然后,考虑钢丝绳张力主动控制模型是一种严格反馈模型,存在输出约束问题,提出了反步控制和障碍李雅普诺夫函数相结合的钢丝绳张力主动控制方法,并证明了钢丝绳张力控制下的提升系统稳定性;最后,利用双绳缠绕式煤矿深井提升试验台对提出的传输延时补偿观测器及钢丝绳张力主动控制方法开展了实验验证,实验结果表明,延时补偿观测器可有效减小由于无线传输造成的钢丝绳张力反馈信号滞后量,与传统的被动式钢丝绳张力调节装置相比,在高速和低速工况下,提出的钢丝绳张力主动控制方法均可以更有效地减小2根钢丝绳张力差,进一步保证提升系统的安全运行。     

基于LQR的小车-倒摆闭环控制系统研究

运用Lagrange方法建立了小车-倒摆控制系统的数学模型,并推导出该模型的状态空间表达式,分析了系统的稳定性、能控性和能观性,建立了基于LQR的小车-倒摆闭环控制系统,利用Matlab仿真实验讨论了加权矩阵Q和R对最优控制的影响,实现了对系统的最优控制。     

公共建筑中暖通空调系统能耗控制方法研究

公共建筑中能源消耗的主要来源是暖通空调，时滞变化是导致暖通空调系统产生能耗的主要原因，为达到节约能耗的目的，研究公共建筑中暖通空调系统能耗控制方法。设计Smith预估器补偿控制回路的时滞；利用PI控制器提升Smith预估器内参考模型与实际模型的匹配度，提升时滞补偿的鲁棒性。通过模糊非线性PI在线优化方法，优化PI控制器的参数，增强控制效果。实验证明:该方法可有效控制暖通空调系统的能耗，将耗电功率低至18 kW；在设定温度出现阶跃变化时，该方法可有效缩短调节时间，减轻控制过程中的振荡现象，降低超调量与能耗。在分析水泵能耗时，该方法的最大阀门开度最大，能耗最低。     

Wave spectra in oscillatory systems

Conclusions Analysis of dynamic models of the block structure of rock and oscillatory systems in aeroelastic conditions indicates that, in the presence of no less than two degrees of freedom, they are all characterized by the applicability of a soliton-like oscillatory model. In investigating an oscillatory model of the support at the side of a mine working in the form of a freely suspended plate, the presence of a line spectrum of oscillations with a soliton-like pendulum transfer of the energy between spectral modes over time is established. The interaction of the oscillating plate with air at the resonant frequency of the elastic waves sharply localizes the oscillatory energy in soliton-like pendulum conditions. The existence of a piston mechanism for the plate's interaction with the air is confirmed. The range of existence of canonical coordination of frequencies in the spectra of oscillatory systems is extended from block structures to the aeroelastic region, with the same modulus {ie208-1}, i=0, ±1, ±2, …. Financial support for this work was provided by the Russian Fund for Fundamental Research (project 96-05-66052). Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk. Translated from Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 3, pp. 18–27, May–June, 1998.     

矿井工业以太网大流量负载实时调度策略

研究了矿井工业以太网在大流量视频负载下的时延效应和网络通信的实时调度策略.在分析工业以太网系统大流量视频负载下网络时延的理论计算方法的基础上,建立了矿井工业以太网模型,通过加载与煤矿现场数据流量近似一致的视频负载方法,对大流量视频负载分别在100 Mbps和1 000 Mbps工业以太网络平台上的网络时延特性进行仿真试验.仿真结果表明：1 000 Mbps工业以太网具有更短的网络通信时延和更好的实时性,并据此提出了在有限的网络带宽下传输大流量视频负载时,减少网络时延、实现实时传输与控制的负载调度策略,其仿真结果表明,采用权值分配调度能够有效地减小网络通信时延,实现实时传输与控制.     

无线传感技术在煤矿火灾自动报警系统中的应用研究

煤矿火灾自动报警系统延时问题一直是一个难题,提出基于无线传感技术的煤矿火灾自动报警系统,系统由多个模块构成,其中数据采集模块能够准确、可靠地对传感器的状态信息数字信号采集。无线传感网络模块用于系统通信和环境因素、感知对象的采集与检测,利用无线传感技术传送信息。自动报警模块由联动控制单元和火灾监测模块构成。数据处理模块主要结合神经网络和模糊控制对火灾判断进行辅助,解决延迟问题。通过模块中的硬件和软件,实现了联动控制、火灾报警等功能。对系统进行布设与测试,发现系统在点火后烟雾浓度较高时,仅需0.77 s进行延时和平均处理;系统的通信延迟时间很短,最短只有1.32 s的延迟。说明系统实用性较高,继续提升后可能投入应用。