分数阶PID控制器的研究与仿真

为了提高整数阶PID控制器的控制精度,将控制器的阶次推广到分数阶领域,可得到分数阶PIλDμ控制器模型。借助一种数字实现形式,在时域中直接运用z变换方法,可计算分数阶PIλDμ控制器。对实例的仿真结果表明,分数阶PIλDμ控制器具有更佳的控制效果,分数阶次的合适选取对控制质量的改善明显。控制器对系统参数的变化不敏感,结构更灵活,鲁棒性也更强。     

分数阶系统模糊自适应分数阶PI~λD~μ控制器

针对分数阶被控对象,采用分数阶微积分的数值解法,提出了模糊自适应分数阶PIλDμ控制器的数值实现方法与步骤.由于分数阶闭环控制系统的模糊化难以实现,将分数阶PIλDμ控制器与分数阶被控对象构成闭环分数阶控制系统,求其闭环系统在时域内的表达式,再用分数阶微积分的数值解法并结合模糊推理规则,推导出了模糊分数阶PIλDμ控制器的实现步骤,并对其控制系统的单位阶跃响应性能进行了仿真分析.结果表明:所设计的模糊自适应分数阶PIλDμ控制器比分数阶PIλDμ及传统的整数阶PID控制器表现出较好的控制性能.     

DC-AC逆变器分数阶与整数阶PID控制对比

针对传统双环PID控制三相逆变器系统存在输出电压质量和鲁棒性不够理想,输出电压谐波含有率较高等问题,设计基于神经网络参数自整定的分数阶PIλDμ双环控制器:PIλDμ电流内环PIλDμ电压外环控制、PIλDμ电流内环PID电压外环控制和PID电流内环PIλDμ电压外环控制,并应用于不同的线性及非线性负载,考察其控制性能。仿真研究表明,分数阶PIλDμ电流内环整数阶PID电压外环控制性能最好,其次是整数阶PID电流内环分数阶PIλDμ电压外环控制和分数阶PIλDμ电流内环分数阶PIλDμ电压外环控制,性能最差的是传统的双环PID控制。     

基于混沌PSO的循环流化床汽温系统分数阶控制

分数阶PIλDμ控制是传统PID控制的推广与发展,积分阶次λ和微分阶次μ的引入使得分数阶PIλDμ控制器具有更灵活的结构、更好的鲁棒性和更强的抗扰动能力,但也增加了参数整定的难度.参数的取值对控制效果的好坏起着决定性作用,为此提出了采用混沌粒子群优化算法优化分数阶PIλDμ控制器参数.该方法采用自适应粒子群优化算法执行...     

Buck变换器的自适应分数阶PI~λD~μ控制研究

为提高Buck变换器的控制性能,从变换器的数学模型出发,分析了分数阶PIλDμ控制器中比例参数kp和积分参数ki的可设计范围,并提出一种Buck变换器的自适应分数阶PIλDμ控制器设计方法.该方法在整数阶PID控制器基础上,按照控制性能目标函数最小准则对分数阶次参数λ和μ进行优化搜索,同时kp和ki参数按自适应律调整变化.仿真结果表明:相比传统的整数阶PID控制和分数阶PIλDμ控制,该自适应分数阶PIλDμ控制方法能使Buck变换器具有更优的电压输出性能和鲁棒性.     

永磁同步电机分数阶微积分控制方法研究

为改善永磁同步电机系统动静态性能,提高系统鲁棒性,该文引入了一种新的速度调节方法--基于分数阶微积分的控制策略.相对于整数阶PID控制器,分数阶PIλDμ控制器多了两个可调参数,可以取得更好的控制效果.针对永磁同步电机调速系统,构建了基于分数阶速度反馈的闭环系统.仿真结果表明,分数阶PIλDμ控制器的控制效果明显优于整...     

分数阶系统的自适应PID控制器参数优化

随着分数阶微积分理论的深入研究,越来越多的复杂系统应用分数阶模型表征更加准确,然而将经典控制器方法应用于分数阶系统时,会出现收敛速度慢和超调量大等问题。针对分数阶系统研究分数阶控制器的参数优化问题。以绝对误差积分模型(ITAE)作为性能指标,引入遗传优化算法实现对分数阶PIλDμ控制器的参数优化,该改进算法通过自适应选择交叉概率和变异概率来优化分数阶PIλDμ控制器的多个参数的选择。仿真结果说明,分数阶PIλDμ控制器能够很好地解决分数阶系统应用经典控制器出现的问题,提高了系统的收敛速度,大大改善了系统的控制性能。     

基于分数阶PI~λD~μ的橡胶坝充排水恒流控制

针对橡胶坝充排水这一变结构、大滞后、非线性实际控制系统,提出采用能满足系统稳定性和鲁棒性要求的分数阶PIλDμ控制策略对其进行恒流控制。首先建立了橡胶坝充排水系统的数学模型,从理论上证明了分数阶PIλDμ控制器对于该系统具有较好的鲁棒特性。然后把该分数阶PIλDμ控制器数字化后应用于橡胶坝充排水实际系统中,取得了较好的控制效果。最后给出了恒流量充水过程的实际控制运行曲线,表明本文PIλDμ控制器具有较强的抗干扰性和较好的鲁棒性,达到了恒流量充排水控制的设计目标及要求。     

基于QPSO分数阶PIλDμ的纯电动汽车调速系统研究

为了获得比传统整数阶PID更好的控制性能,本文结合量子粒子群(QPSO,Quantum Particle Swarm Optimization)算法和分数阶微积分理论提出一个分数阶PIλDμ控制方法.通过QPSO优化算法对分别采用整数阶和分数阶PID控制器的目标函数的KP,KI,KD参数进行优化,并将结果导入电动汽车调速模块中进行验证.仿真结果表明,经过QPSO算法优化后的分数阶PIλDμ参数能够明显改善纯电动汽车的调速性能,并使驱动系统的响应速度更快、稳定性更好.     

基于分叉理论的变体飞行器稳定性分析及控制器设计

研究了变体飞行器飞行过程中稳定性边界确定及控制器设计问题。运用虚位移原理推导出变体飞行器非线性动力学模型,并进行解耦得到纵向动力学方程;将其转化为以后掠角变形率为时变参数的系统,通过分叉原理讨论变体飞行器的稳定性边界。设计了一个分数阶PIλDμ稳定控制器,利用改进的粒子群算法优化控制器参数。仿真结果表明,与传统PID控制器相比,分数阶PIλDμ控制器具有更好的控制性能。     

区间参数分数阶时滞系统鲁棒稳定域

对区间参数分数阶时滞系统,提出了对分数阶PIλDμ控制器求其鲁棒稳定域的方法.利用边界理论将区间参数分数阶时滞系统分解为若干顶点子系统,求出各顶点子系统特征多项式和与之相对应凸多面体棱边的集合.应用D分解方法分别求出使各子系统获得最大稳定域时的PIλD和PIDμ控制器的参数λ和μ,从而获得了分数阶PIλDμ控制器的参数.由该分数阶PIλDμ控制器计算各个子系统的稳定域,各子系统稳定域的交集即为原区间参数时滞系统的稳定域;并证明了该域为区间参数分数阶时滞系统的鲁棒稳定域.通过实例的验证表明,该算法是可行有效的.     

基于自适应量子遗传算法的分数阶控制器参数整定

针对量子遗传算法中旋转变异角固定的缺点,提出了一种旋转变异角幅度随着个体适应度的变化而自适应调整的自适应量子遗传算法,对典型测试函数的优化结果表明了该策略能有效提高量子遗传算法的优化精度和收敛速度。同时,针对分数阶PIλDμ控制器难于整定的问题,将参数整定转化为参数优化,提出采用AQGA对分数阶PIλDμ参数进行优化,并利用该策略对循环流化床主汽温分数阶系统设计了分数阶PIλDμ,仿真结果表明了该方法在PIλDμ参数整定中的有效性。     

分数阶PI~λD~μ控制在SAPF直流侧电压控制中的应用

独立电力系统惯性系数小、源载耦合度高,极易受负载变化的影响,从而导致接入系统的SAPF直流侧电压产生波动,影响谐波抑制效果。分数阶PI~λD~μ控制比传统PID控制有更灵活的结构和更宽的调节范围,因此,将PI~λD~μ控制器应用于独立电力系统SAPF直流侧电压控制中,采用Oustaloup算法实现分数阶算子sr的拟合,基于PI~λD~μ控制SAPF仿真模型,分析了λ、μ的取值对控制效果的影响;同时通过IPS试验证明了分数阶PI~λD~μ控制器比传统PI控制器有更小的超调量和更快的跟踪速度,并对负载加载、系统功率变化不敏感,有很强的鲁棒性。     

球形机器人的自适应分数阶PIλDμ滑模速度控制方法

为解决传统分层滑模控制方法应用于球形机器人速度控制中会出现调节时间长、超调量大的问题,通过在滑模面内引入微分环节并结合分数阶微积分,提出一种具有分数阶PIλDμ结构的滑模面,并给了该滑模面渐近稳定的参数选取条件.基于该分数阶PIλDμ滑模面设计了球形机器人直线运动速度控制器,并通过自适应算法实现了对未知滚动摩擦阻力的实...     

基于A-W PI~λ永磁同步电动机的速度控制器设计

在永磁同步电动机控制系统中,用分数阶PI~λ取代整数阶PI速度控制器具有更好的动、静态性能,但在工程应用中,分数阶积分也会引起饱和非线性现象.为解决此问题,本文在分数阶PI~λ基础上提出了变结构A-W PI~λ算法以提高速度控制性能.A-W PI~λ算法根据控制器是否进入饱和而对积分状态进行控制,并采用粒子群智能算法实现控制器的各项参数整定.仿真实验表明:分数阶PI~λ比整数阶PI更容易进入饱和并能提前退出,而A-W PI~λ能迅速退出饱和区,A-W PI~λ速度控制器改进了系统的跟随性、抗负载扰动和鲁棒性能,提高了永磁同步电动机调速系统的速度控制性能.     

基于分数阶PI^λ控制器的单容水箱液位控制

讨论分数阶PI^λ控制器在单容水箱液位控制中的应用问题,给出了一种基于图解稳定性准则的PI^λ控制器的设计方法．研究了PI^λ控制器的参数稳定域,然后在稳定域内进行系统性能的设计,并提出具体的设计算法．通过Matlab仿真和水箱液位控制系统的实际操作实验,对分数阶PI^λ控制器、整数阶PI控制器和常规Ziegler-Nichols参数整定方法进行比较,说明了本文设计方法的有效性和分数阶PI^λ控制器的优越性．     

汽车非线性悬架的最优分数阶PI~λD~μ控制

为提高汽车乘坐舒适性和操纵稳定性,以二自由度非线性悬架系统为研究对象,以车身垂直加速度和悬架动挠度为控制量,设计非线性悬架系统的分数阶PI~λD~μ控制器,通过遗传算法获取分数阶PI~λD~μ控制器最优整定参数,仿真结果表明,在多种行驶工况下,分数阶PI~λD~μ控制比整数阶PID控制具有更加灵活的调节性能,能明显改善悬架综合性能,有效提高汽车行驶的平顺性和稳定性,为非线性主动悬架控制提供一种新方法.     

基于QPSO算法优化跳汰机排料系统的分数阶PID控制

针对传统PID控制在复杂跳汰机排料系统中控制精度不高、响应速度慢、参数调整不够精确等问题,提出了一种基于QPSO算法优化的分数阶PI~λD~μ控制器(QPSO-FOPID).该控制器利用分数阶微积分理论,将传统PID控制由整数阶次推广到复数阶次,并增加了两个参数的自由度.同时利用量子粒子群算法对分数阶PI~λD~μ控制器参数进行寻优,解决参数调整不精确的问题.以某矿井跳汰机排料系统为例,建立跳汰机排料系统控制的Simulink仿真模型.仿真结果表明,该方法不仅能够实现分数阶PI~λD~μ控制参数的在线优化,收敛速度快,具有较强的鲁棒性,还具有良好的动、静态性能,无超调现象,控制精度高.     

基于分数阶-协同控制的PMSM风电系统并网研究

分析PMSM风力发电并网系统各组成部分工作机制,构建PMSM风力发电并网系统数学模型;基于分数阶和电网电压定向协同控制理论,探讨分数阶PI~λ控制器的设计与模型实现;以直流侧电压稳定、网侧单功率因数运行为目标,设计基于分数阶-协同控制的PMSM风电系统并网方案。在MATLAB/Simulink中建立PMSM风力发电并网系统仿真模型,结果表明,模型可以实现PMSM风电并网系统直流侧电压稳定的分数阶-协同控制。对比经典PI调节器,分数阶PI~λ控制效果更优,动态响应更快,直流侧电压更稳定,验证了所提方案的可行性和有效性。     

Boost变换器的双闭环分数阶PI控制研究

为提高Boost变换器输出电压的控制性能和抗干扰性,提出一种电压环和电流环均采用分数阶比例积分(PI)控制器的双闭环控制方法.该方法在建立的双闭环分数阶PI控制系统数学模型基础上,结合控制系统频域设计理论设计出电流环、电压环的分数阶PI控制器参数,并利用Bode图分析了被控系统的稳定性和鲁棒性.Boost变换器的双闭环分数阶PI控制仿真结果表明,即使在电源电压、负载,以及期望输出电压的变化条件下,相比双闭环整数阶PI,以及电压环分数阶PI、电流环整数阶PI的两种控制情形,该方法能实现变换器具有更好的输出电压性能和控制鲁棒性.