基于Maclaurin展开的时间绝对误差积分次优时滞系统设计

根据经典时间绝对误差积分（ITAE）最优系统标准型,给出了ITAE最优时滞系统的期望模型;利用Maclaurin展开技术,讨论了ITAE次优时滞系统的设计方法,并就ITAE次优和最优的三阶系统进行了频域和时域比较.论文最后给出了基于ITAE次优时滞系统的PID和超前滞后补偿器设计实例.阶跃响应、负载扰动以及参数鲁棒性方面的比较研究表明,本文方法能够获得十分满意的性能指标.     

基于遗传算法的磁浮列车悬浮控制参数优化

悬浮系统本质上是不稳定的,要通过设计控制器使得闭环系统稳定。对单铁悬浮控制模型,采用基于磁通反馈的间隙PID控制算法,通过合理选取控制参数可以达到良好的控制效果。为使悬浮控制器具有良好的跟踪特性同时保证磁浮列车的乘坐舒适性,需要限定悬浮系统闭环带宽。应用遗传算法进行控制参数优化设计,对基于ITAE的适应度函数进行改进,对不满足闭环系统带宽要求的个体进行惩罚,设计基于遗传算法的悬浮控制控制参数优化算法,并通过实例计算验证了算法的有效性。     

一种适用于复杂系统的智能控制新算法及仿真研究

提出一种基于改进遗传算法的自适应模糊控制 策略,通过优化控制器中非线性量化函数及自适应控制表达式等中的关键参数,得到基于加 权ITAE指标的满意控制．经过大量仿真研究,证明其对多输入多输出系统、混沌系统、滞后 系统等复杂系统的控制有良好效果．     

基于谐波线性化的滞环电流优化控制

滞环控制的PWM变换器是强非线性环节,难以通过优化控制和常规线性化处理来提高电流控制质量.为此,分析了滞环电流控制原理、谐波线性化方法及系统稳定性,得到了滞环电流控制传递函数模型,时滞和环宽与其他参数的一般关系以及系统自振荡频率的计算方法.根据滞环电流控制的特点,提出了将谐波线性化方法与ITAE优化控制律相结合的方法,以实现对PWM变换器的优化控制.Matlab仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

基于D稳定域和ITAE准则的主动队列管理算法

主动队列管理(active queue management,简称AQM)是网络拥塞控制的研究热点之一,其中的关键问题是如何设计反馈控制策略.提出一种新的基于D稳定域和时间乘以误差绝对值乘积积分(integral of time-weighted absolute error,简称ITAE)性能准则的比例-积分-微分(proportional-integral-differential,简称PID)优化设计方法(简称DITAE-PID),并用于AQM控制器的设计,控制闭环系统的理想动态性能.首先在复平面上设定一组理想的D稳定域,然后以ITAE为目标函数,通过数值优化算法求出控制器的参数,使得闭环系统的所有特征根都在D稳定域内,以降低排队延时,提高有效吞吐量.对比仿真实验结果表明,该算法能够预先探测和控制拥塞,有较好的鲁棒性,链路利用率更高,丢包率更小,平均队列长度更趋于期望值,同时,趋于期望队列长度的时间更短,其综合性能明显优于典型的随机早期探测(random early detection,简称RED)和比例-积分(proportional-integral,简称PI)算法.     

一种改进的Smith预估控制器

针对工业过程滞后对象控制的问题,深入分析了Smith预估原理,提出了一种改进的Smith预估控制器.并基于ITAE优化准则给出了改进Smith预估控制器的参数整定方法.仿真验证了这种改进后的预估控制器具有较快的响应速度,展示了其良好的抗干扰能力和鲁棒性.该预估控制器具有一定的工程实用推广价值.     

ITAE在双容纯时滞系统的研究及仿真

长期以来,纯时滞系统就一直是工业过程控制中的难控制对象.而工业过程控制常用的PID算法对这类控制对象难以取得令人满意的控制效果.针对这种情况,本文以ITAE最佳传递函数为目标函数来设计控制器,对于滞后环节,利用一阶Pade近似式来近似.在MATLAB的环境下对系统进行仿真研究,并与单纯PID控制进行比较.以算例证明在纯时滞系统中,根据ITAE最佳传递函数来设计控制器比PID控制具有更良好的动态性能,而且参数整定方法更简单,鲁棒性更好,适合在工程范围内广泛应用.     

机器人柔性手臂混合ITAE最佳鲁棒控制研究

机器人柔性手臂动力学模型的复杂性及客观系统中的不确定因素,使传统的控制系统很难达到预定的控制要求,寻求鲁棒性强的控制策略势在必行。针对模型参数及扰动的不确定性,进行混合ITAE最佳控制、H∞PID鲁棒控制策略研究,同时利用遗传算法(GA)的隐含并行性和全局搜索特点整定控制器的控制参数以达到混合ITAE、H∞优化性能,并用MATLAB软件进行数值仿真,结果表明这种控制设计方法适用于柔性机器人手臂的控制。     

控制增益符号未知的MIMO时滞系统自适应控制

针对一类带有死区模型并具有未知函数控制增益的不确定MIMO非线性时滞系统,基于滑模控制原理和Nussbaum函数的性质,提出了一种稳定的自适应神经网络控制方案.该方案放宽了对函数控制增益上界为未知常数的假设,并通过使用Lyapunov-Krasovskii泛函抵消了因未知时变时滞带来的系统不确定性.理论分析证明,闭环系统是半全局一致终结有界.仿真结果表明了该方法的有效性.     

一种改进的Smith预估控制器

针对工业过程滞后对象控制的问题，深入分析了Smith预估原理，提出了一种改进的Smith预估控制器。并基于ITAE优化准则给出了改进Smith预估控制器的参数整定方法.仿真验证了这种改进后的预估控制器具有较快的响应速度，展示了其良好的抗干扰能力和鲁棒性。该预估控制器具有一定的工程实用推广价值.     

基于分数阶内模控制的风力机叶片颤振研究

针对风力机叶片颤振系统,提出了一种结合分数阶(Fractional Order)控制与内模控制(Internal Model Control,IMC)的新型颤振控制方法.利用分数阶滤波器设计了分数阶内模控制器,基于闭环动态特性指标,如相位裕量和截止频率,实现对控制器参数的自整定.通过仿真实验对比证明,针对风力机叶片颤振控制,所设计的控制方法优于传统PID、内模PID控制方法,不仅减少了控制参数,而且提高了动态特性和鲁棒性.     

可控硅直流传动控制系统中的ITAE最佳调节律

本文证明了在可控硅双闭环调速系统中用ITAE最佳调节律比用电子最佳调节律有更优 越的动态性能指标和抗干扰能力.物理实验和数字仿真证明了理论分析是正确的.     

Robust IMC–PID tuning for cascade control systems with gain and phase margin specifications

In this article, an internal model control plus proportional-integral-derivative (IMC–PID) tuning procedure for cascade control systems is proposed based on the gain and phase margin specifications of the inner and outer loop. The internal model control parameters are adjusted according to the desired frequency response of each loop with a minimum interaction between the inner and outer PID controllers, obtaining a fine tuning and the desired gain and phase margins specifications due to an appropriate selection of the PID controller gains and constants. Given the design specifications for the inner and outer loop, this tuning procedure adjusts the IMC parameter of each controller independently, with no interference between the inner and outer loop obtaining a robust method for cascade controllers with better performance than sequential tuning or other frequency domain-based methods. This technique is accurate and simple, providing a convenient technique for the PID tuning of cascade control systems in different applications such as mechanical, electrical or chemical systems. The proposed tuning method explained in this article provides a flexible tuning procedure in comparison with other tuning procedures because each loop is tuned simultaneously without modifying the robustness characteristics of the inner and outer loop. Several experiments are shown to compare and validate the effectiveness of the proposed tuning procedure over other sequential or cascade tuning methods; some experiments under different conditions are done to test the performance of the proposed tuning technique. For these reasons, a robustness analysis based on sensitivity is shown in this article to analyze the disturbance rejection properties and the relations of the IMC parameters.     

位移无静差ITAE最优传递函数的研究

位移无静差ITAE最优传递函数具有较好的平稳性和快速性,是一组适用于工程控制系统的最优参数。首先介绍了ITAE最优传递函数,然后研究了ITAE最优传递函数的极点分布、时域响应和频域响应,最后研究了ITAE最优传递函数的分母多项式系数与加权矩阵的关系。研究结果将大大促进ITAE最优传递函数的广泛应用,为进一步研究ITAE最优控制问题打下基础。     

有效传递函数在多变量耦合系统中的应用

针对多变量系统具有多时滞、强铰链耦合的特点,提出了有效开环传递函数解耦策略。由于有效开环传递函数所描述的动力学行为的复杂性,首先采用模型降阶技术,将系统逼近一阶环节+延时(FOPDT)形式;然后运用IMC控制策略实现单位反馈控制。为得到传统PID控制器的典型表达形式,将IMC控制器进行麦克劳林级数展开,通过对相应项系数的比对得到了传统PID控制器。仿真分析表明了该方法能够提高系统动态响应速度、减小稳态误差,实现了多变量耦合系统的理想控制。     

Adaptive speed tracking control for autonomous land vehicles in all‐terrain navigation: An experimental study

This paper develops a nonparametric controller with an internal model control (IMC) structure for the longitudinal speed tracking control of autonomous land vehicles by designing a proportional and internal model control (IMC) cascade (P‐IMC) controller. An IMC architecture is employed in the inner control loop by establishing a nonparametric longitudinal dynamical model, whereas a P controller is designed for the outer control loop. An approach for estimating the terrain effects and compensating for the model errors is also introduced. The differences from other nonparametric controllers are discussed, and the stability of the P‐IMC controller is analyzed and validated experimentally. The P‐IMC controller is compared with the SpAM+PI to illustrate its advantages. The experimental results of autonomous all‐terrain driving show the effectiveness of the P‐IMC controller.     

多级复杂热工PID回路控制器优化设计

为解决PID参数寻优不便,计算量大,难以寻得全局最优参数的问题,以ITAE积分准则为性能指标,提出了一种串级回路PID控制器参数优化整定的方法,即由内到外对各层控制器进行参数寻优。在对各层回路寻优时,首先在全局范围内采用直接搜索法搜索,得到一组参数后,以这组参数为初始值,利用Matlab优化工具箱,采用单纯法在局部范围内搜索,从而得到控制器最优参数。与传统方法相比,此方法提高了搜索速度,并获得全局最优值。     

基于改进型内模控制技术在钢厂温控系统中的应用

在钢铁厂炉温过程控制系统中,温度控制一般延迟时间比较久,并且属于不稳定对象,度带有大惯性.如果采用传统的PID控制,由于被控对象不稳定,而且带有大滞后,一般实现不了预定效果.本论文以温度为被控对象,采用Smith与IMC控制相结合,内环采用Smith补偿使消去大滞后时间,并串一增益Kc,由劳斯判据,把被控对象转化为稳定...     

基于最优Oustaloup的分数阶PID参数整定

目前工程控制中大部分系统采用传统PID控制,由于分数阶PID继承了传统PID的优点,并且具有更好的控制品质及更强的鲁棒性,因此针对分数阶微积分的高精度数字实现及分数阶PID控制器在工程复杂系统中的实际应用,提出一种新的分数阶微积分高精度数字实现算法-最优Oustaloup数字实现,并建立控制系统的仿真模型,利用框图式模型结合最优ITAE性能指标来整定分数阶PID的参数。通过实例仿真验证,该方法能进一步优化控制器参数,提高控制精度及获得更好的控制效果,便于非线性系统及复杂系统的分数阶PID参数整定。     

Enhanced design of cascade control systems for unstable processes with time delay

In this paper, optimal H₂ internal model controller (IMC) is designed for control of unstable cascade processes with time delays. The proposed control structure consists of two controllers in which inner loop controller (secondary controller) is designed using IMC principles. The primary controller (master controller) is designed as a proportional-integral-derivative (PID) in series with a lead-lag filter based on IMC scheme using optimal H₂ minimisation. Selection of tuning parameter is important in any IMC based design and in the present work, maximum sensitivity is used for systematic selection of the primary loop tuning parameter. Simulation studies have been carried out on various unstable cascade processes. The present method provides significant improvement when compared to the recently reported methods in the literature particularly for disturbance rejection. The present method also provides robust closed loop performances for large uncertainties in the process parameters. Quantitative comparison has been carried out by considering integral of absolute error (IAE) and total variation (TV) as performance indices.