基于分数阶控制算法的伺服压力机控制器研究

针对压力机位置伺服控制系统惯量大、精度不高等问题,根据滑块运动特点,提出分数阶PI~λD~μ控制理论以及分数阶控制器的数字实现方式。分数阶控制器中分数阶微积分的使用能够改善传统PID控制器的系统稳定性,提高控制效果。为验证分数阶控制器的控制效果,在Matlab/Simulink下建立了压力机位置伺服系统模型,仿真结果显示:分数阶PI~λD~μ控制器的控制效果明显优于传统的整数阶PID控制器。     

基于分数阶PIλDμ控制器的线控转向系统研究

根据线控转向系统的特点,建立了能够实现系统正常转向功能的前轮转向模块的动力学方程.考虑到系统性能受到参数的不确定性、未建模动态及前轮回正力矩的影响,基于分数阶微积分理论,提出了一种基于分数阶微积分理论的PIλDμ控制器,使得线控转向系统在所要求的频域范围具有鲁棒性.讨论了微、积分阶次以及拟合阶次对控制系统的影响.通过优化方法得到了分数阶PIλDμ控制器的5个设计参数,用Oustaloup递归算法对分数阶PIλDμ控制器进行了拟合,并据此建立了可在Matlab/simulink环境下使用的分数阶PIλDμ控制器仿真模型.最后对该控制系统进行了仿真分析,结果表明该控制器对提高转向系统性能的鲁棒性是有效的.     

光电陀螺稳定平台的分数阶控制

为了提高光电陀螺稳定平台的隔离度,改善其在速度扰动情况下的稳定精度和跟踪精度,将分数阶PIλ控制器引入到光电陀螺稳定平台的速率环控制中。首先,说明了采用常规PI控制提高系统精度的弊端,介绍了分数阶微积分和分数阶PIλDμ控制,提出采用分数阶PIλ控制器来提高控制系统的控制精度。然后,针对采用电流环的等效一阶纯积分控制对象,提出基于稳定裕度和剪切频率的设计方法,该方法同样适用于整数阶PI控制器。最后,以机载光电陀螺稳定平台为研究对象,分别采用分数阶PIλ和整数阶PI控制器进行了阶跃响应、速度扰动隔离和稳定精度的实验研究。实验结果表明,采用分数阶PIλ控制器的系统具有阶跃响应超调量小的优点,在幅值为3.14(°)/s,频率为0.5Hz的速度扰动下,速度扰动隔离度提高了约38%,稳定精度提高了约40%。实验表明,与整数阶PI控制器相比,采用分数阶PIλ控制器可在保证稳定裕度的前提下提高系统的控制精度,且与整数阶PI控制器一样具有易于工程实现的优点。     

基于分数阶微积分的线控转向系统的控制研究

根据线控转向系统的特点,建立了能够实现正常转向功能的前轮转向模块的动力学方程。并根据线控转向系统鲁棒性的设计要求,提出了一种基于分数阶微积分理论的PIλDμ控制器,使得线控转向系统在所要求的频域范围具有鲁棒性。讨论了积分阶次、微分阶次以及拟合阶次对控制系统的影响。通过优化方法得到分数阶PIλDμ控制器的五个设计参数,用Oustaloup递归算法对分数阶PIλDμ控制器进行拟合,得到了可在Matlab/Simulink环境下使用的分数阶PIλDμ控制器仿真模型,并对该控制系统进行了仿真分析。结果表明:该控制器对提高转向系统性能的鲁棒性是有效的。     

时滞系统分数阶PIλDμ鲁棒控制

利用控制系统在满足相位裕度和幅值裕度的鲁棒性条件下,设计了对时间常数变化具有鲁棒性分数阶PIλDμ控制器;利用相位裕度条件和截至频率在指定点处的波特图局部平坦的鲁棒性条件,设计了对增益常数变化具有鲁棒性的分数阶PIλDμ控制器;利用非线性优化函数对分数阶PIλDμ控制器的5个可调参数进行寻优;最后采用两个时滞系统算例分别进行设计方法验证和鲁棒性能仿真分析.结果表明,分数阶PIλDμ控制器比传统的整数阶PID控制器具有较强的鲁棒性和系统稳定性能.     

分数阶PIλDμ控制器的设计方法——极点阶数搜索改进法

基于分数阶被控系统提出了分数阶PIλDμ控制器,该控制器将传统整数阶PID控制器的微分与积分阶数扩展到分数,增加了2个参数μ和λ.相比整数阶PID控制器,分数阶PIλDμ控制器的设计更加灵活,但设计过程较复杂.在极点阶数搜索法的基础上,提出了分数阶PIλDμ控制器设计的改进方法,其基本原理是,首先估计比例参数KP,其次搜索一对使系统时域性能较好的极点,然后根据时域指标搜索较好的μ,λ并计算出KI,KD,最终设计出合适的分数阶PIλDμ控制器.仿真结果证实,与极点阶数搜索法相比,它的改进法设计出的分数阶PIλDμ控制器能够更好地调节系统,系统响应能够达到更高的时域指标,并且具备很好的动、稳态性能.     

神经网络分数阶PI~μD~λ在压电叠堆控制中的应用

为了克服压电叠堆的迟滞特性,实现压电叠堆的精确控制,建立了压电叠堆控制系统,研究了该系统所用到的神经网络、分数阶微积分等算法。首先,搭建了采集压电叠堆位移数据的硬件系统,并对含有噪声的位移数据进行了滤波处理;利用径向基函数(RBF)神经网络对压电叠堆建模,得到了模型参数。然后,利用RBF神经网络建模得到的Jacobain信息来整定分数阶PI~μD~λ控制器中的参数对压电叠堆进行控制。最后,与RBF整数阶PID对压电叠堆的控制效果进行了对比。结果显示:RBF建模误差仅为位移实测数据的0.22%,RBF神经网络分数阶PIμDλ控制系统输出稳定,很好地跟随了给定。得到的结果表明RBF神经网络分数阶PI~μD~λ控制器控制性能良好,在压电叠堆的控制中比RBF整数阶PID控制器表现得更加稳定、精确。     

对分数阶非线性悬架的遗传优化PIλDμ控制

针对由分数阶磁流变阻尼和非线性弹簧组成的复杂车辆悬架系统进行减振控制研究。首先建立1/4车辆二自由度非线性悬架数学模型,然后结合分数阶微积分理论,设计PI~λD~μ控制器,采用遗传算法在线整定分数阶PID控制器参数,其中以车身垂直加速度、悬架动位移和轮胎动变形为优化指标建立适应度函数。同时在Matlab/Simulink中对非线性悬架分别进行分数阶PID控制、整数阶PID控制与被动悬架的性能对比仿真实验。结果表明,以遗传算法在线整定的分数阶PID控制器与被动悬架和整数阶PID控制的悬架相比减振效果更好,说明在既含有分数阻尼器又含有非线性弹簧时,其对悬架进行控制是有效的。     

移相全桥DC/DC变换器分数阶PI~λD~μ控制的研究

针对传统PID控制已经难以达到移相全桥变换器对输出动态响应的要求,将分数阶PIλDμ控制器应用到移相全桥变换器中,提高其动态特性。首先,在Buck变换器基础上,建立移相全桥DC-DC变换器小信号模型。利用粒子群优化算法对分数阶PIλDμ参数的整定,获取最佳PID参数。最后,分别在MATLAB/Simulink中搭建的仿真模型和3k W实验样机,对分数阶PIλDμ与整数阶PID进行比较。仿真与实验样机的结果均验证分数阶PIλDμ控制策略的可行性和有效性。     

分数阶PIλDμ控制器的设计与实现

该文介绍了基于幅值裕量与相位裕量参数整定方法的分数阶PIλDμ控制器的设计方法,并给出了分数阶控制器的多种数字实现方法.仿真实例结果表明分数阶控制器比整数阶控制器具有优良的控制品质及其对系统参数变化的鲁棒性.     

线控转向系统的转向鲁棒性研究

建立能够实现转向功能的前轮转向模块动力学方程,基于分数阶微积分理论,设计一种分数阶微积分PlλDμ控制器.讨论徼、积分阶次对控制系统的影响,用Oustaloup算法对分数阶PlλDμ控制器进行拟合,利用ITAE最优化性能指标法整定得到了分数阶PlλDμ控制器控制参数,并据此建立可在MATLAB/Simulink环境下使用的PlλDμ控制器仿真模型.最后对该控制系统进行仿真分析,结果表明该控制器对提高线控转向系统的性能是有效的.     

采用遗传算法参数整定的车辆ABS分数阶PID控制

以单轮车辆模型为基础在一定的简化和假设后对ABS进行数学建模,然后将分数阶微积分理论与传统PID控制理论相结合,构造出分数阶PID控制器。为得到最优的控制器参数,利用MATLAB的遗传算法工具箱,完成遗传算法的主程序编写。由于分数阶微积分算子的存在,不能直接用传递函数的方法得到适应度函数值,所以采用Simulink建立适应度函数值的仿真模型供主程序调用。然后在MATLAB/Simulink环境下,进行仿真实验:1)经验试凑法和遗传算法得到控制器参数时的系统仿真比较;2)基于遗传算法的分数阶PID控制器与传统PID控制器的系统仿真比较。结果表明:经过遗传算法优化得到的参数,使ABS系统的制动距离、制动时间、滑移率阶跃响应的超调量明显比试凑法时更小,同样得到分数阶PID控制器的ABS系统比整数阶的制动性能有明显的提升,从而验证了所提出的分数阶PID控制器在ABS制动控制中是有效的。     

基于CAPSO算法的修正炮弹分数阶控制器设计

为了提高修正炮弹系统模型的控制品质,采用分数阶控制器以取得更优的控制效果。针对分数阶控制器参数整定时大都需要公式推导、计算量大等问题,提出一种基于混沌自适应粒子群优化算法(CAPSO)并用于修正炮弹分数阶控制器的设计。将混沌算法与惯性权重调整的粒子群算法融合,对粒子群进行混沌初始化并对陷入局部最优的粒子进行混沌搜索,同时引入惯性权重非线性调整策略提高了算法的收敛精度,得到全局最优解。利用CAPSO算法对分数阶PIλDμ控制器的参数进行整定,并用于修正炮弹俯仰角稳定回路的控制中。通过仿真实验,验证了该优化算法的可行性。仿真结果表明,CAPSO算法在修正炮弹分数阶控制器的参数整定方面优于主导极点法、粒子群优化算法(PSO)等算法,与PSO算法相比调节时间减少了1.139 s、超调量减小了11.84%,具有收敛速度快、超调量小、稳定性好、抗干扰性强等特点;经CAPSO算法优化的分数阶PIλDμ控制器动态响应特性要优于整数阶PID控制器。     

模糊分数阶滑模控制的BLDCM控制系统

针对整数阶滑模控制在无刷直流电机系统中容易引起的抖振现象,以及无刷直流电机系统的非线性、实时性,设计一种模糊分数阶滑模控制器。在整数阶滑模控制器的基础上,在滑模切换函数中加入分数阶微积分算子,结合系统二阶状态方程和指数趋近律,设计了分数阶滑模控制器,并且通过Lyapunov稳定性原理和分数阶微积分理论证明了系统的稳定性。仿真及试验的结果表明,对比传统的整数阶滑模控制,所提方法可以有效减弱无刷直流电机系统的抖振,具有更好的动静态控制性能。     

参数不确定时滞系统分数阶PI~λD~μ控制器稳定域算法

对分数阶PIλDμ控制器提出了求解参数不确定时滞系统稳定域的方法。通过Kharitonov理论将参数不确定时滞系统分解为若干参数确定的子系统,根据D分解方法分别求出使各个子系统获得最大稳定域时的PIλD和PIDμ控制器的参数λ和μ,获得了PIλDμ控制器的参数。以这个PIλDμ控制器去计算各个子系统的稳定域,各子系统稳定域的交集即为参数不确定时滞系统的稳定域。采用参数不确定时滞系统对此算法进行了验证,表明本算法在计算分数阶PIλDμ控制器的稳定域上是可行有效的。     

烧结混合料水分模糊PID控制系统设计

烧结混合料水分控制系统具有时变性、非线性和时滞性等特点,难以建立其精确的数学模型.由于传统PID控制技术在固定参数下难以保证系统性能的缺陷,基于烧结炉的结构特点和控制性能要求,本文提出了采用模糊推理方式自整定PID控制参数,设计了参数自整定模糊PID控制器,并将该模糊PID控制器用于烧结混合料水分控制系统.实际运行效果证明,该控制器比原有的PID控制器在性能上有较明显的提高,稳定了烧结混合料水分,改善了烧结生产状况,促进了产能提升.     

基于分数阶智能积分的感应电机速度控制研究（英文）

为进一步改善基于矢量控制的异步电动机调速系统的动、静态性能,并提高其鲁棒性,将改进的分数阶智能积分(IPIλ)控制器应用于矢量控制系统的速度调节器。改进的分数阶智能积分根据偏差的变化将分数阶积分和比例相结合,通过与普通PI和FOPI控制器相比较,发现IPIλ具有更好的控制效果。仿真试验表明,分数阶智能积分控制器不仅能够快速、精确地跟踪给定速度,而且对负载扰动及参数变化具有更好的抗扰性和较强的鲁棒性。     

模糊PD+PI在拉力轴承试验台中的应用研究

拉力轴承试验台加载系统采用阀控缸加载方式,将输入比例溢流阀的控制信号转化为液压缸的加载力信号,通过液压缸输出加载力对轴承进行快速、稳定和精确地加载。针对常规PID控制器和常规模糊PD控制器对加载系统控制效果的不足,采用模糊PD+PI双模控制器对系统进行控制,在MATLAB软件中进行仿真对比,并通过现场试验对该控制器的控制效果进行测试。试验结果证明,模糊PD+PI双模控制器控制效果优于常规PID控制器和常规模糊PD控制器。     

对含分数阶阻尼器非线性悬架的PID控制研究

对由分数阶磁流变阻尼器(分数阶Bingham模型)和非线性弹簧组成的汽车悬架系统进行PID控制研究,先建立其二自由度非线性悬架数学模型,再根据车辆的舒适性和平顺性要求设计PID控制器,在Matlab/simulink中建立非线性悬架的仿真模型,对PID控制器参数整定,并用Oustaloup逼近算法解算分数阶微积分因子,实现数值仿真。结果表明,该悬架与被动悬架相比,该悬架的平顺性和舒适性有明显的提高,说明在既含有分数阻尼器又含有非线性弹簧时,以PID控制器对悬架进行控制同样有效,对以后研究非线性悬架有一定的指导意义。     

分数阶PI^λD^μ控制器的设计方法——极点阶数搜索改进法

基于分数阶被控系统提出了分数阶PI^λD^μ控制器,该控制器将传统整数阶PID控制器的微分与积分阶数扩展到分数,增加了2个参数μ和λ。相比整数阶PID控制器,分数阶PI^λD^μ控制器的设计更加灵活,但设计过程较复杂。在极点阶数搜索法的基础上,提出了分数阶PI^λD^μ控制器设计的改进方法,其基本原理是,首先估计比例参数KP,其次搜索一对使系统时域性能较好的极点,然后根据时域指标搜索较好的μ,λ并计算出KI,KD,最终设计出合适的分数阶PI^λD^μ控制器。仿真结果证实,与极点阶数搜索法相比,它的改进法设计出的分数阶PI^λD^μ控制器能够更好地调节系统,系统响应能够达到更高的时域指标,并且具备很好的动、稳态性能。