PSO优化分数阶PIλ控制的双闭环直流调速控制

将分数阶PIλ控制器应用在双闭环直流调速系统的速度调节器上,以提高调速系统的控制性能。PI和PIλ控制器参数的整定通过粒子群优化算法。重点研究了分数阶PIλ控制器作为速度控制器的双闭环直流调速系统的稳定性、快速性。为了分析比较两种控制器的鲁棒性,将系统的前向通道的增益增加了10%～60%,在相同条件下,对基于PI/PIλ的双闭环直流调速系统进行了仿真实验。仿真研究结果表明,采用分数阶PIλ控制器的双闭环直流调速系统的稳定性、快速性和鲁棒性均优于普通PI控制器的系统。     

分数阶PIλDμ控制器参数整定方法——极点阶数搜索法

分数阶PI^λD^μ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．利用μ、λ两个参数，可以灵活地设计HD控制器．本文提出了一种整定分数阶PI^λD^μ控制器参数的有效方法——极点阶数搜索法．其基本原理是，首先估计分数阶PI^λD^μ控制器的比例参数Kp，然后设计一对稳定度较好的极点，再估计参数μ和λ的搜寻范围，最后将Kp、极点代入分数阶控制系统的特征方程中，并在μ和λ的搜寻范围内搜寻一组能满足分数阶控制系统时域性能指标的分数阶PI^λD^μ控制器的参数群、Kp、K1、KD、μ．仿真结果证明，用极点阶数搜索法设计出的分数阶PI^λD^μ控制器能更好地调节分数阶被控系统．     

基于改进差分进化的分数阶PIλDμ参数整定

针对分数阶PIλDμ控制器参数整定研究,回顾了分数阶微积分的数学描述,采用基于改进差分进化算法的分数阶PIλDμ控制器参数整定方法,并利用Oustaloup,Euler,Tustin,Al-Alaoui方法实现了分数阶微分算子.仿真结果表明,该算法计算精度高,收敛快,基于Euler,Al-Alaoui方法分数阶微分算子所设计的控制器能满足预设的性能指标,但Oustaloup,Tustin分数阶微分算子由于引入了额外的极点,影响了主导极点,不能满足预设的性能指标.     

分数阶参数不确定系统的PI^λ控制器

利用求解分数阶参数不确定系统稳定域的方法,设计了使分数阶参数不确定系统具有鲁棒性的分数阶PIλ控制器.首先采用Kharitonov理论,将分数阶参数不确定系统分解成若干个参数确定的子系统,然后用D分解方法分别求出在PIλ控制器的控制下,使各个子系统都取得较大稳定域的参数λ值.再采用此λ值构建PIλ控制器并计算各个子系统的稳定域.各个子系统稳定域的交集即为参数不确定系统在PIλ控制器控制下的稳定域.同时证明了所构建的PIλ控制器能稳定整个参数不确定系统组.最后在稳定域内取控制器参数值,便构成了所设计的PIλ控制器.文中采用实例对此设计方法进行验证,并用所构建的PIλ控制器对参数不确定系统组的各个子系统进行阶跃响应分析,结果表明PIλ控制器对参数不确定系统具有较强的鲁棒性.     

基于BF-PSO的船舶电站柴油机分数阶控制器

针对船舶电力系统的频率稳定性问题,对船舶电站柴油机调速系统设计了分数阶PIλDμ控制器。采用细菌觅食-粒子群混合优化(BF-PSO)算法对分数阶PIλDμ控制器参数进行优化整定,解决了分数阶PIλDμ控制器整定参数多、设计复杂的问题。对分别采用分数阶PIλDμ控制器和传统整数阶PID控制器的柴油机调速系统进行了仿真和对比。结果表明,在同等条件下优化得到的分数阶PIλDμ控制器能够有效抑制模型参数摄动,鲁棒性更强,具有更好的控制效果。     

精馏塔时滞过程的分数阶PIλDμ控制器设计

本文针对精馏塔不稳定时滞过程,提出一种基于设定值加权的分数阶PIλDμ控制器设计方法.首先采用比例环节构成内环反馈镇定不稳定时滞过程,然后基于等效的过程模型,依据设定值加权方法设计分数阶PIλDμ控制器,并进行了控制器参数整定.仿真结果表明:分数阶PIλDμ控制器可以使精馏塔不稳定时滞过程系统获得良好的动态响应特性,干扰抑制特性以及克服系统参数变化的鲁棒性.     

分数阶PIλDμ控制器的一种状态空间实现

首先回顾了分数阶微积分、分数阶系统和分数阶PIλDμ控制器的数学描述,对于一类分数阶SISO被控对象,提出了一种基于整数阶微分算子的分数阶PIλDμ控制器的S平面状态空间实现.同时,在Matlab Simulink仿真平台实现了基于Oustaloup连续滤波器法的分数阶微分算子和该状态空间实现,并基于遗传算法整定了状态空间参数.仿真结果验证了该状态空间的有效性与正确性.     

一类分数阶系统的分析及控制器设计

针对一类与传统一阶惯性环节传递函数结构类似的分数阶系统,推导出该类分数阶系统稳定的参数取值范围,并给出了不同时间响应与分数阶阶次的对应关系.然后基于该类分数阶系统同时设计了分数阶PIλ控制器和整数阶PI控制器,控制器参数采用粒子群优化算法得到.结果表明:在控制该类对象时两者均能取得很好的控制效果,证明了本文所提方法的有效性.但由于整数阶PI控制器比分数阶PIλ控制器简单且便于实现,因此在工程应用中针对该类分数阶对象选择PI控制器即可满足要求.     

一类采用分数阶PIλ控制器的分数阶系统可镇定性判定准则

针对含有一个分数阶项的区间分数阶被控对象,提出了采用分数阶PIλ控制器的闭环系统可镇定性判定准则.将闭环系统的特征函数分解为扰动函数和标称函数,给出了扰动函数值集顶点的构造方法.根据被控对象分数阶阶次和控制器的阶次,研究了值集形状是否切换和切换频率的计算方法.此外,给出了测试频率区间的上下界,以实现在有限频率区间内判定闭环系统值集与原点的位置关系.在假设值集顶点函数在测试频率区间内不为零和闭环标称系统稳定的情况下,以解析的方式提出了采用分数阶PIλ控制器闭环系统的可镇定性判定准则.最后,通过对数值算例的可镇定性分析,验证了提出的判定准则的有效性.     

分数阶PI^λD^μ控制器控制性能的研究

现实控制系统研究中存在很多分数阶系统,因此对系统提出了分数阶PI~λD~μ控制器,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,增加了两个参数微分阶数μ和积分阶数λ.为了对比研究分数阶系统分别在分数阶PI~λD~μ控制器控制下和在整数阶PID控制器控制下的系统性能,针对一个典型的分数阶系统,分别设计两类控制器,再进行性能比较.实验仿真结果表明,与整数阶PID控制器相比,该系统在分数阶PI~λD~μ控制器控制下整个闭环系统具备较好的动、静态性能,并且鲁棒性较强,说明分数阶PI~λD~μ控制器控制性能的优越性以及当被控系统为分数阶系统时应该设计分数阶PI~λD~μ控制器.     

部分扇形区域极点配置的可靠控制

针对线性定常系统,采用连续增益故障模型提出了考虑执行器故障的部分扇形区域极点配置的可靠控制问题.当系统发生故障时,正常控制的闭环系统极点可能跳出所给定的复平面区域,而可靠控制的闭环系统仍然保持极点在指定的区域内。本文利用线性矩阵不等式(LMI)给出了部分扇形区域极点配置的可靠控制器存在的充分条件。研究成果的仿真,不仅验证所提出方法的可行性;而且比较了部分扇形区域极点配置正常控制器和可靠控制器的控制效果。进一步看出对系统进行可靠极点配置的必要性。     

分数阶控制器在光电吊舱控制中的应用

主要对光电吊舱俯仰环采用系统辨识法进行数学建模,基于幅值裕量和相位裕量法对分数阶PIλDμ 控制器参数整定,采用AL-Alaoui+CFE脉冲响应不变法对控制器进行离散化实现,结合卡尔曼滤波器对模型进行仿真分析,结果表明基于卡尔曼滤波器的分数阶PIλDμ 控制器比纯分数阶PIλDμ 控制器具有更好的控制效果、更强的鲁棒性和抗干扰能力.     

多变量分数阶滞后系统预测控制参数解析调优

提出了一种针对各子系统由一阶加分数阶滞后模型描述的多变量系统模型预测控制参数解析调优方法.首先推导了多变量分数阶滞后系统的状态空间模型;其次,基于该模型构建模型预测控制优化问题,并获得了控制信号的解析表达式;再次,对闭环控制系统进行解耦分析,揭示了模型预测控制器参数与系统闭环性能间的定量关系,通过将参数调优问题转化为极点配置问题,得到能够保证闭环系统性能的模型预测控制器参数取值的解析表达式;最后通过仿真实验验证了本文所设计的参数解析调优算法的有效性.     

考虑执行器故障梯形区域极点的可靠配置

针对一类定常线性系统,基于线性矩阵不等式（LMI）,给出梯形区域（垂直条形与广义扇形区域结合）控制器和可靠控制器的设计算法。利用比离散故障模型更具有普遍意义的连续故障模型,给出确定状态反馈可靠控制器存在的充分条件,通过求解LMI,确定状态反馈的可靠控制器的参数矩阵。由所设计的可靠控制器构成的闭环系统能够抵御执行器发生的故障,使闭环系统的极点始终保持在所指定配置的梯形区域内。一个数值例子说明所给出方法的有效性及可行性。     

基于D分解的分数阶PID控制器的图形化参数整定

针对二自由度分数阶PID控制器设计的参数多,结构复杂等复杂问题,提出了一种基于D分解法和主导极点配置的新型参数整定方法。其基本原理首先基于动态响应指标约束进行主导极点配置,在确保闭环系统的响应特性良好的条件下确定系统超调量和调节时间,由此经过转换得到未知参数之间的函数关系。其次,使用D分解法,将未知参数在不影响的控制性能的条件下由多减少,再由相关参数取得系统性能稳定的参数域中优化,最后以差分进化算法为导向,以两种方法取得的相关约束条件为指标取得最优控制器参数,在确保所选极点的优势下使所设计的控制器达到理想的控制性能。最终,将所设计的控制器通过应用在整数阶和分数阶被控对象上,使用仿真验证新方法的鲁棒性和快速性,同时也表现了新方法的有效性和实用性。     

基于改进差分进化算法的三相逆变系统分数阶PI控制策略

三相逆变系统在新能源发电、电动汽车等诸多领域都得到了广泛的应用,对三相逆变系统的控制器进行持续的优化改进具有重要意义。针对传统三相双闭环逆变控制系统输出电能质量较低和鲁棒性不强的问题,提出了基于改进差分进化算法的分数阶PI三相逆变控制策略(IDE-FOPI)。该策略将分数阶微积分理论引入到双闭环三相逆变控制系统,并基于此对双闭环分数阶PI控制的三相逆变系统进行数学建模。考虑到三相逆变系统是一个复杂的非线性时变网络,其双闭环PI控制器参数整定复杂,传统的参数整定方法整定效果不佳,该策略将三相逆变系统双闭环分数阶PI控制器参数优化问题转换为一个典型的约束优化问题,引入一种基于自适应多变异操作和参数自调节策略的改进差分进化算法对控制器参数优化问题进行求解。仿真测试表明,相对于遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)、传统差分进化算法(DE),本文提出基于改进差分进化的分数阶PI策略所输出的电压谐波畸变率低,动态性能好,抗干扰能力强。     

基于序列二次规划法的新型分数阶PIλ-PDμ控制器设计

针对被控对象具有分数阶特性的系统需要相应的分数阶控制器来提高控制效果, 提出一种新型的分数阶PI^λ-PD^μ控制器, 系统的前向通道采用分数阶PI^λ控制器, 被控对象的内反馈环采用分数阶PD^μ控制器, 利用序列二次规划法辨识分数 阶PI^\lambdaD^μ控制器的参数, 并设计了一种结构变换法求取分数阶PI^λ-PD^μ控制器的参数; 然后, 基于Oustaloup滤波器采用整数阶近似及模型降阶法对分数阶被控对象进行求解. 系统仿真结果表明, 与整数阶PI-PD控制器相比, 分数阶PI^λ-PD^μ控制器的抗干扰性较强, 能更好地满足系统的动态响应要求.     

多变量极点配置自适应动态解耦控制器

本文提出了一种以多变量极点配置为基础的自适应解耦控制器,该控制器不仅可以任意配置闭环系统的极点位置而且可以直接对闭环系统实现动静态解耦控制,仿真实验结果表明该控制器比一般的极点配置控制器具有更好的控制性能。     

多约束主动悬架H2/H∞混合控制器设计

利用闭环极点配置中的D-稳定性原理,给出了有硬约束的H2/H∞混合控制器的LMI条件并应用于汽车主动悬架分析.用这种方法设计的控制器,通过H∞控制性能指标保证了系统输出信号与输入信号的总能量之比小于适当的γ值,并且利用H2控制,保证了输出信号的能量与输入信号的能量在时域上的峰值比低于一个适当的μ值,同时,将闭环系统的极点配置在复平面上的一个适当区域,可以保证系统具有一定的动态性能和稳定性,比较好的解决了系统性能和系统鲁棒性之间的折衷优化控制问题.     

一种基于参数稳定域的PI~λD~μ控制器整定方法

在PI~λD~μ控制器的研究中,对于参数稳定域的研究取得了一定的成果,而对于如何在稳定域内确定满足系统性能要求的最优控制器则未给出具体方法。为此,本文提出了一种在参数稳定域内整定控制器参数的方法。首先根据D分割原理求得满足一定相角裕度要求的控制器K_p,K_i参数稳定区域,然后根据该区域边界确定K_p,K_i参数的上下界,并采用遗传算法,以时间乘以误差绝对值积分(ITAE)为性能指标求出在该区域中K_p,K_i参数的最优值。最后,分别以整数阶滞后系统和分数阶滞后系统为被控对象进行仿真。结果表明,由该方法整定的PI~λD~μ控制器可以实现对整数阶或分数阶滞后系统的有效控制。