基于混合神经网络的非线性预测函数控制

针对基本预测函数控制只能用于线性对象的控制这一不足,提出了基于混合神经网络的非线性预测函数控制.混合神经网络由BP网络和线性神经网络串连组成.采用混合神经网络对可用Hammerstein模型描述的非线性对象进行有效的辨识.其中,BP网络反映了非线性静态增益,线性神经网络反映了线性动态子系统.利用BP网络求出非线性静态增益的逆并与非线性对象串联,抵消非线性对象中的非线性静态增益部分,将非线性对象的控制问题转化为对线性对象的控制问题,实现了对非线性对象的预测函数控制.当被控对象的特性发生变化时,可对混合神经网络权值及时进行修正并调整控制器参数使控制系统始终保持良好的控制性能.仿真结果表明,此控制系统具有良好的控制效果.     

具有大不确定性对象的分层切换控制方法

针对大模型不确定性对象的控制问题,提出了一种基于鲁棒控制理论的多模型分层切换控制方法.为减少覆盖不确定性需要的模型数量,采用多个乘性不确定模型来描述对象,并应用LMI方法设计控制器集合.考虑鲁棒控制中常用系统增益来度量不确定性,设计了一种基于不确定性增益估计的切换指标函数,并据此将控制器集合中合适的控制器连接到反馈回路中.理论分析表明系统BIBO稳定,且具有一定的扰动抑制能力.仿真实验结果验证了控制方法的有效性.     

Lur'e多非线性系统的镇定与L2-增益控制的MI方法

考虑Lur'e多非线性系统的镇定与L2-增益控制问题.对Lur'e多非线性系统表示控制对象,设计状态反馈和输出反馈控制器使闭环系统分别是绝对稳定和L2增益有限的.基于矩阵不等式(MI)方法给出了镇定与L2-增益控制问题的可解条件,并讨论了控制器的设计方法.     

自适应的时变比例增益的预测PID控制器

为了利用PID控制获得先进的控制性能,将广义预测控制(GPC)用于PID参数的实时优化,在此基础上提出了一种新的基于GPC的自适应PID控制器的设计方法.该PID控制器具有时变的比例增益,并且PID控制器的设计利用了GPC的未来参考输入.因此,GPC控制律能由设计的PID控制器精确实现.为使GPC控制器稳定地获得比例增益,采用了基于互质因子分解扩展的强稳定GPC,独立于利用标准GPC设计的闭环系统而重新设计GPC控制器,保证了闭环系统的稳定性.此外,利用递推最小二乘法对系统进行在线辨识,修正模型参数,增强了系统的抗扰性.以一阶时滞非最小相位系统为被控对象,在Matlab中对该设计方法进行了仿真,仿真结果验证了该方法的有效性.     

DoS攻击下信息物理系统的无模型H∞控制

针对动态模型未知的信息物理系统在拒绝服务(DoS)攻击下的安全控制问题,提出无模型的H_∞控制方法,其中DoS攻击具有代价约束且连续攻击次数有界.首先,利用量测数据设计丢包情形下的Smith预估器对当前状态进行预测,并给出了量测反馈H_∞控制器的结构形式;其次,利用博弈论将H_∞控制问题转化为二人零和博弈问题,从而给出控制器增益的设计方法;进一步,基于Q-learning方法设计模型未知下的控制器增益在线求解算法,实现系统的安全H_∞控制;最后,通过雕刻机平台的仿真和实验验证所提出方法的有效性.     

增广非最小状态空间法的稳定平台预测控制研究

针对传统的模型预测控制器鲁棒性较差及模糊PID控制系统比较复杂的问题,提出了利用增广非最小状态空间模型与模型预测控制相结合的稳定平台预测控制。建立了稳定平台广义被控对象的数学模型,以增广形式的非最小状态空间模型为基础,结合滚动时域控制原则和线性二次型最优控制,通过对稳定平台离散模型的非最小状态空间形式进行增广变换,给出了基于Laguerre函数的状态反馈增益矩阵算法,设计了增广非最小状态模型下的预测控制器,实现了对导向钻井稳定平台控制系统的仿真研究。仿真结果表明稳定平台预测控制系统可以很好地满足钻井工程对控制精度和动态特性的要求,而且对有时变性的盘阀摩擦干扰力矩及模型参数摄动具有较强的鲁棒性。     

基于状态观测器的约束鲁棒模型预测控制

模型不确定情况下的鲁棒问题是模型预测控制的一个根本问题。本文采用线性矩阵不等式(LMI)，研究多模型不确定性描述情况下的鲁棒模型预测控制问题。在输入输出约束条件下，最小化最坏情况下的无穷时域目标函数，获得保证系统稳定的基于状态观测器的状态反馈增益并且给出观测器增益的设计方法。实例说明算法可行且保证闭环系统渐近稳定。     

离散不确定系统的鲁棒预测控制

对预测控制中模型不确定性的处理一直是预测控制算法亟待解决的问题.考虑一类包含模型不确定性的控制对象模型,提出一种极大极小预测控制器设计方法.在滚动优化的每一步,考虑了状态变量不完全可测的情况,引入动态输出反馈的思想得到一个最坏条件下的性能指标的最优解,以最坏条件下的性能指标为求解优化问题的上界,通过线性矩阵不等式的方法求解凸优化问题.并从理论上证明了所设计的鲁棒预测控制器对不确定模型是稳定的.通过仿真算例的分析,证明了极大极小鲁棒预测控制器设计的有效性.     

一类工业过程预测控制的闭环分析

该文定量分析了一类典型工业过程预测控制系统的闭环性能,文中首先基于广义动态矩阵控制系统的内模控制结构和控制器的最小化形式,导出了一阶惯性加时滞的典型对象预测控制的闭环传递函数,在此基础上,给出了预测控制中主要设计参数与闭环动态响应和扰动抑制时间的解析关系以及关于闭环系统鲁棒性的三个定理,提出了对增益或时滞失配允许范围的搜索算法,从而为分析和设计预测控制系统提供了理论依据.     

一种有限对象集的输出通道任意增益/相角裕度调节方法

针对一类有限多输入多输出线性时不变对象集,提出一种调节输出通道增益/相角裕度的方法.采用增益相角裕度测试器理论,将问题转化为有限不确定对象集的稳定性问题;基于连续线性二次调节器理论,设计针对单个对象的输出反馈控制器;利用周期控制方法,设计针对有限对象集的线性周期控制器.该控制器可使有限对象集的所有反馈控制回路在输出通道同时实现任意大的增益裕度和直到90°的相角裕度.仿真结果表明了该方法的有效性.     

智能厂房温湿度控制系统

首先分析了厂房温湿度控制与一般建筑物空调系统的区别,指出现在流行的空调控制方法不适合厂房温湿度控制;接着提出一种智能温度控制方法,它不需要确定系统的数学模型,用专控制的方法,在不同控制阶段分别采用开关控制,模糊控制和智能ＰＩＤ控制;最后介绍了实行结果。     

A three-loop model-following control structure: theory and implementation

This article presents a novel three-loop control system, which supplements control structures known from the literature as model following control (MFC). The major advantage of the proposed system is its high robustness to process parameter variations; it is much higher than that offered by single-loop or two-loop control systems. Features of the new structure are revealed by a theoretical analysis that has been carried out from the viewpoint of requirements for a force/pose controller of a Stäubli RX60 manipulator. This article shows how the proposed control structure responds to such strong process parameter variations and makes a comparison to results yielded by single-loop control structures.     

模型跟踪广义预测鲁棒自适应控制器

本文采用滤波CARMA模型,基于内模原理,提出了一种新的广义预测鲁棒自适应控制器,并分析了闭环系统性能,在新的控制器中,引入适当的前馈作用,使得跟踪和调节问题解耦,利用部分状态跟踪、模型参考以及极点配置方法解决跟踪问题,利用多步预测滚动优化方法解决调节问题;适当选择滤波器可以保证对平稳随机扰动有满意的响应,减少可调参数对闭环系统响应的影响,增强系统对未建模动态的鲁棒性,仿真结果表明:该控制器对确定性和非平稳随机扰动具有不变性,对系统时延和阶次变化具有鲁棒性,适用于非最小相位和开环不稳定系统。     

自动化技术专题讲座(Ⅳ)──智能控制技术与应用

主要介绍智能控制的原理、结构、类型和应用。     

Stabilization of robot motion and contact force interaction for third-order motor dynamics

An approach to the synthesis of control laws stabilizing motion and force in contact tasks, based on the exponential stability of the closed-loop control system, is described. When using the synthesized control laws, simultaneous stabilization of both motion and force is achieved with a preset quality of the transient responses. The task is solved in a most general form, taking into account the constraints on robot control, its position and the force of interaction of the robot and the environment, and the external perturbations and inaccuracies of the measuring sensors, when the environment dynamics is being described by nonlinear second-order differential equation, and the robot dynamics includes the third-order equations of the robot actuators dynamics.     

专家PID控制在印染过程温度控制中的应用

对于具有较大时滞,非线性和时变性特点的打样机对象(它是印染行业中的一种小型设备),常规PID控制方法往往难以达到良好的控制效果.本文将专家控制器与常规PID控制器相结合,提出了一种智能控制器结构.试验表明,与常规PID控制器相比,该控制器的控制精度有了明显的提高.     

一种专家智能控制器的仿真研究

该文提出一种专家智能控制器（简称为ＥＩ控制器）．该控制器的参数可基于专家知识和过程参数的变化实时进行调整。仿真结果表明对于工业过程中的大纯滞后、非线性、变参数特性能获得较为满意的调节效果。     

六自由度并联机器人分散鲁棒非线性控制

针对六自由度并联机器人动力学特点,提出了一种新型分散鲁棒非线性控制方法.与传统PD控制策略和已有分散鲁棒非线性控制方法相比,由于控制律中增加了广义误差的小数幂项,改进后的方法除保持原方法的优点外,还具有较强的终端收敛能力,能够保证跟踪误差以更快的速度全局一致收敛到一个更小的剩余集.通过选择合适的控制器参数,可使剩余集趋于0.运用Lyapunov方法分析了系统稳定性,给出了系统稳定性条件.最后,仿真结果验证了该方法的有效性.     

Feedforward output-feedback control for continuous exothermic reactors with isotonic kinetics

The robust feedforward (FF) output-feedback (OF) control problem of (possibly open-loop unstable) continuous exothermic jacketed reactors with isotonic kinetics with respect to reactant concentration is considered. The volume, temperature, and concentration must be regulated by manipulating the feed, exit and coolant flowrates on the basis of volume and temperature measurements. The problem is addressed as an interlaced controller-observer design within a constructive control framework. The result is a quasi linear-decentralized (qLD) FF-OF dynamic controller which: (i) recovers (up to observer convergence) the behavior of a robust nonlinear FF-SF controller, (ii) has closed-loop stability conditions coupled with conventional-like tuning guidelines, and (iii) constitutes an add-on to the PI control scheme commonly employed in industrial reactors. The approach is tested with an open-loop unstable reactor example through simulations.     

Multivariable PID control by decoupling

This paper presents a new methodology to design multivariable proportional-integral-derivative (PID) controllers based on decoupling control. The method is presented for general n × n processes. In the design procedure, an ideal decoupling control with integral action is designed to minimise interactions. It depends on the desired open-loop processes that are specified according to realisability conditions and desired closed-loop performance specifications. These realisability conditions are stated and three common cases to define the open-loop processes are studied and proposed. Then, controller elements are approximated to PID structure. From a practical point of view, the wind-up problem is also considered and a new anti-wind-up scheme for multivariable PID controller is proposed. Comparisons with other works demonstrate the effectiveness of the methodology through the use of several simulation examples and an experimental lab process.