基于时滞特性分析的车辆主动扩稳优化控制

在危险工况下,主动转向与差动制动的协同作用是有效避免车辆失稳情况过早发生的重要手段,然而执行机构的响应滞后导致系统响应精度下降,甚至造成稳定性恶化.针对上述问题,本文分析了各控制输入通道的时滞特性,提出了基于时滞补偿的车辆主动扩稳优化控制方法.首先,建立包含控制输入时滞的车辆系统二自由度动力学模型;其次,应用随机算法设定各控制输入通道的随机时滞,依据β–■相图辨识出满足车辆稳定性条件的时滞边界;然后以跟踪期望横摆角速度和质心侧偏角为控制目标,设计了可同时补偿多通道多尺度时滞的主动扩稳模型预测控制器;最后,基于veDYNA仿真软件,在不同工况下验证了该控制器的有效性.结果表明,本文提出的控制整体框架对各个控制输入通道的有界时滞变化具有自适应性,使得横摆角速度更好地跟踪上期望值,且质心侧偏角相轨迹在相平面的稳定边界内,达到了主动扩稳的目的.     

MEMS力平衡加速度传感器以测量误差最小为目标的控制算法

力平衡传感器(FBA)测量加速度是由反馈控制力与外界惯性力平衡时的控制力计算得到的,力平衡控制算法是力平衡传感器的核心.传统控制算法多以敏感元件偏移平衡位置最小为目标,限制了力平衡加速度计的测量精度和适用带宽.本文以MEMS力平衡传感器为对象,提出了一种以测量误差最小为目标的力平衡加速度计最优控制算法.引入测量误差新变量,将难以处理的力平衡控制转化为以响应最小为目标的经典控制问题,在此基础上获得了最优控制力的解析表达式,实现了对未知加速度信号的实时高精度检测.分别针对三种不同类型的输入加速度信号（阶跃、周期和随机）进行检测仿真,发现提出的算法能够准确地检测各类输入加速度信号,测量信号频带达kHz量级,同时在该控制算法下敏感元件的振动响应也得到有效控制,保证了加速度传感器的大动态范围.研究成果可为高精度和宽频带力平衡加速度传感器的研究提供基础.     

多智能体时滞网络的加权平均一致性

提出了线性和非线性分布式协调控制器,使多智能体系统取得加权平均一致性.对于线性控制器,考虑网络存在通信时间延迟的情形,给出了能容忍的最大固定时滞的一个紧凑上界.考虑网络结点控制输入的有界约束,给出了一类非线性分布式控制器的收敛性分析.结果说明,网络的连通性是系统取得一致性的关键.最后对时滞网络的情形给出了仿真示例.     

计及时滞的互联电网负荷频率控制最优分数阶PID控制器设计

分数阶PID控制器相比于传统整数阶PID控制器,具有控制性能好、鲁棒性强等诸多优势,可应用于电网的负荷频率控制(load frequency control,LFC)中.针对网络化时滞互联电网的LFC问题,提出了一种基于计算智能的分数阶PID控制器参数优化整定方案.该方案选择时滞LFC系统时域输出响应构建优化目标函数,采用最近提出的灰狼优化算法获得最优的分数阶PID控制器参数,所设计的控制器能确保一定时滞区间内LFC系统的稳定性.仿真算例表明,所设计的LFC最优分数阶PID控制器比传统整数阶PID控制器的控制性能更优,时滞鲁棒性更强.     

智能采样变比例PI控制器

针对过程控制领域中的大时滞控制对象,提出了一种智能采样变比例PI(proportional-integral)控制器.通过智能采样环节来补偿被调过程的时滞特性,通过变比例PI控制器来加快调节过程.利用RSLogix5000及Emulate 5000进行程序编制和仿真.仿真结果表明,该智能采样变比例PI控制器超调量小,过渡时间短,同时抗干扰能力强.     

基于高阶滑模和加速度反馈的机械谐振抑制方法

提出一种基于高阶滑模和加速度反馈的机械谐振抑制方法.针对永磁同步电机定子电流和电机转速分别设计了高阶滑模控制器.采用非奇异终端滑模面,使得定子电流在有限时间收敛.速度环引入加速度反馈,降低机械谐振的影响.仿真结果表明,与PI控制器分别结合陷波器以及加速度反馈的方法相比,所提方法可以有效抑制机械谐振,在保证动态响应性能的同时,增强了系统对于负载扰动的鲁棒性.     

基于双率采样的智能车辆弯道轨迹跟踪控制

本文研究在双率采样下智能车辆弯道轨迹跟踪问题.首先,针对车辆车道保持的转向控制,建立相对路面误差的侧向动力学模型.其次,假设系统状态变量被分为两个子向量并分别由两类传感器以不同的采样周期采样,针对这类双率采样系统,充分考虑这两类传感器的采样时刻特征,设计一类基于采样时刻的切换控制器.然后,利用输入时滞方法,将最终的闭环系统建模为带有两个模态的切换时滞系统,并以线性矩阵不等式(LMI)形式给出闭环系统指数稳定性条件和切换控制器的设计方法.最后,在Matlab/Simulink环境下对汽车模型的路径跟踪控制进行仿真,验证本文所提方法的有效性,并与单率采样方法进行比较,说明本文方法相比于单率采样方法的优势.     

具有输入时滞的主动悬挂系统的减振控制

研宄具有输入时滞的汽车主动悬挂系统在路面扰动下的减振控制器设计问题.首先根据汽车悬挂系统的特点,从实用性的角度出发化简了悬挂系统的数学模型.然后提出一种变量代换方法,将具有输入时滞的主动悬挂系统转换为形式上不含时滞的系统.针对转换后的无时滞系统,设计出具有输入时滞的主动悬挂系统减振控制器:又从控制器的成本和易实现性出发添加了一个状态观测器.在这种系统结构下,设计出一种具有记忆和积分特性的主动悬挂系统减振控制策略.仿真结果验证了这种设计控制器的方法是有效的.     

一种带时间窗口的双脉冲控制器下的忆阻振荡系统滞同步

在真实的环境中实现复杂忆阻振荡系统的同步时, 因为信息干扰及通信问题, 驱动和响应系统之间总是存在信息传输时滞, 即时滞问题具有普遍性; 另外, 脉冲控制信号的输入总是存在输入误差, 并不能实现精确地输入.本文考虑到上述实际存在的信息传输时滞和脉冲输入误差, 设计了一种比较接近真实情况的、灵活的可以带有不同时间窗口和不同控制增益的双脉冲切换控制器, 并且利用该控制器实现了两个复杂忆阻振荡系统的滞同步.基于Lyapunov稳定性理论、矩阵不等式以及脉冲控制等相关理论, 本文找出了实现一类五阶复杂忆阻振荡系统同步的条件.最后的仿真实验进一步验证了本控制方法的可行性.     

一类具有输入时滞的时变离散系统的预见控制

针对一类具有输入时滞的时变离散系统,研究其预见控制问题.利用差分算子的性质,对系统的输入时滞项和目标信号进行差分处理,构造包含目标信号但不含时滞的扩大误差系统.基于最优控制和预见控制的相关理论,得到了扩大误差系统带有预见前馈补偿的控制器.进一步,利用矩阵分解方法,将高阶Riccati方程进行降阶处理,从而得到原时滞系统的预见控制器.最后通过仿真实例验证了所提出方法的有效性.     

含时滞记忆的非线性时滞系统满意容错控制

针对一类基于T-S模糊模型描述的非线性时滞系统,研究在一般执行器故障模式下的含时滞记忆的鲁棒H∞容错控制器设计问题.针对任意连续型执行器故障模式,采用并行分布式补偿原理设计含记忆型状态反馈控制器,给出非线性时滞系统在执行器发生故障情况下的鲁棒镇定准则.然后给出H∞性能指标约束下的满意容错控制器的设计方法和设计步骤.提出的含时滞记忆的状态反馈控制方法可以确保当执行器发生故障时,闭环系统不仅具有渐近稳定性,而且有一定的抗扰动性能,状态反馈控制器设计的保守性较不含时滞记忆控制器设计方法大大降低.仿真实例验证了鲁棒容错控制策略的有效性.     

时滞正反馈控制下汽车悬架系统的多目标优化

兼顾时滞正反馈控制下汽车悬架系统的隔振效果和控制力输入,提出设计变量的多目标优化策略。建立时滞正反馈控制下1/4汽车悬架系统的力学模型;分析系统的稳定性,得到反馈增益系数和时滞两参数平面上的稳定性分区图;以反馈增益系数和时滞为设计变量,将车身加速度与控制力幅值的线性加权组合为优化目标,通过粒子群优化算法得到设计变量的最优值。研究结果表明,与无时滞正反馈控制下汽车悬架系统相比,最优时滞正反馈控制下汽车悬架系统的隔振效果显著提升,控制力幅值大幅下降。     

微型之字形压电式能量收集器输出电压的建模和仿真

为了有效解决无线传感器网络节点的供电难题,提出之字形结构的微型压电式能量收集器。相比于传统的直悬臂梁,此结构等效加大了压电梁的长度,降低了系统的固有振动频率。建立了之字形压电梁的本构方程和受迫振动方程,推导得到其输出电压的频域表达式。基于之字形压电梁的结构,利用ANSYS软件对其进行了谐响应分析。仿真结果表明,压电梁的输出电压在各阶固有振动频率处存在极值,符合理论分析的结果;输出电压大小随压电梁长度增加而降低,随压电梁宽度增加而升高,但均为非线性关系;压电梁末端质量块的长度和厚度、基体层厚度减小时,会导致输出电压的增大。在论文中所提出的结构尺寸下,10根直梁构成的之字形结构压电梁,在其一阶固有振动频率处,输出电压可达10 V以上,符合无线传感器网络节点的实际供电需求,证明了之字形压电梁结构的有效性。     

LQR控制和时滞反馈控制在汽车整车减振中的应用

本文建立了具有动力吸振器的汽车整车模型,分别研究了LQR控制和时滞反馈控制在降低汽车整车垂向振动方面的应用。对于LQR控制,选取了包含车身位移、速度和控制力在内的性能指标,借助matlab求解得到反馈增益矩阵;对于时滞反馈控制,首先采用特征值法分析了系统的稳定性,其次从理论上研究了时滞和反馈增益系数对吸振器减振效果的影响,并进行了数值验证。结果表明,与被动式吸振器相比,在LQR控制下吸振器使车身加速度幅值降低了51.38%,在时滞反馈控制下,当g=0.25 kg,τ=0.006 s时吸振器使车身加速度幅值降低了65.13%。     

多输入时滞反馈控制下的斜拉梁主共振响应

研究了多输入时滞反馈控制作用下斜拉梁主共振问题.采用多尺度法,推导了位移时滞和速度时滞反馈控制作用下斜拉梁非线性主共振的解析解,分析了主共振响应随参数变化的规律,控制参数时滞和控制增益对系统非线性主共振响应的影响.结果表明:合理地调整时滞值、控制增益可以提高振动控制的效率,拓宽减振频率范围,且在参数的调节中时滞较控制增益对减振更为有效.     

线性连续时滞系统最优预见重复控制

针对一类线性连续时滞系统,提出一种最优预见重复控制设计方法.首先,通过一种等价变换,将被控时滞系统转化为无时滞系统.然后,利用L阶差分算子提升技巧,获得包含状态变量导数和跟踪误差的增广连续系统.在此基础上,通过定义一种新的性能指标,将预见重复控制设计问题转化为连续非自治系统的线性二次调节问题.进一步,基于最优控制理论,得到包含状态反馈、误差积分、重复控制、时滞补偿和预见补偿的最优预见重复控制器.该控制器包含了已有文献的多种控制器形式.最后,通过一个数值仿真实例,说明所提方法的有效性.     

基于加速度反馈增强的旋翼无人机抗风扰控制

为了提高无人机的风扰抑制能力,实现无人机安全飞行和精准控制,提出了一种基于加速度反馈的旋翼无人机抗风扰方法．该方法不需要改变原有的控制器结构,在原有的控制器基础上引入角加速度和线加速度反馈,从而实现更快速且更高精度的角度和位置跟踪,提升系统的扰动抑制能力．同时,为了将该算法部署在实际的无人机平台上,提出了一种简单、快速以及适用于加速度反馈的无人机参数辨识方法．结合该方法,将加速度反馈应用到一个六旋翼机上,并在户外持续风和阵风扰动环境下进行了实验验证．实验结果表明,加速度反馈增强型控制器可以有效地抑制这两种风扰,极大地提高了风扰条件下的无人机控制精度．     

A practical control strategy for servo-pneumatic actuator systems

A practical control strategy with a simple controller structure is proposed for servo-pneumatic cylinder actuator systems. Theoretical analysis reveals that the acceleration of the piston indirectly represents the cylinder chamber pressure difference so it is possible to employ acceleration feedback instead of pressure feedback in the construction of servo-pneumatic actuator control systems. The main features of the control strategy developed in the paper are (1) using acceleration feedback to improve the stability of the system; and (2) introducing time-delay minimisation and optimised null offset compensation to address the problem of time delay and dead zone, which are mainly caused by the compressibility of air and friction. The experimental studies have been conducted using an asymmetric pneumatic cylinder system and the results show that the system performance has been much improved when compared with a conventional PID controller.     

LC振荡型忆阻混沌电路及时滞反馈控制

将磁控忆阻器耦合于LC振荡电路中,得到了一种新的忆阻混沌电路.随后通过理论上的动力学分析、数值仿真、电路实验等验证了该电路的混沌特性.为了实现电路的混沌控制,设计了一种新型模拟时滞控制器.利用该控制器将混沌电路状态变量加以延时并反馈至原电路中.数值仿真和电路实验结果均表明,所设计的时滞控制器可实现混沌电路的镇定控制.进一步研究时滞控制下电路的分岔行为,发现时滞控制下的电路又可通过倍周期分岔进入超混沌.     

MW级风电系统的变桨距控制及载荷优化

针对风速的随机性及不确定性的特性,以及大型变速变桨风电机组(Variable Speed Variable Pitch Wind Turbine,VSVP)在桨距控制过程中,由于其大转动惯量造成发电机转速响应延迟的问题,提出了一种基于卡尔曼滤波算法的风轮气动转矩观测器,并将气动转矩与参考转矩偏差作为控制器输入以及时响应外界风速变化.针对变桨过程中普遍存在的塔架前后振动和传动链扭转振动问题,提出了通过在原有控制策略的基础上采用加速度反馈和阻尼滤波的方式得到附加桨距角和转矩,从而抑制振动的控制方式.利用Bladed编制了外部控制嚣对某2MW风力发电机组进行仿真,验证了该算法的可靠性,将所提出的控制策略应用于MW级风力发电机组,能够改善桨距控制的动态特性,并有效降低关键部位疲劳载荷.