基于多目标优化的脱硝系统改进自抗扰控制北大核心CSCD

大范围变工况的燃煤机组脱硝系统因具有大惯性特性、强非线性以及多源扰动等特点,使其控制具有一定的挑战性。为提高脱硝系统的跟踪和抗干扰控制性能,并节约喷氨量,提出了基于控制性能指标和喷氨量指标的多目标优化串级改进自抗扰控制策略。在改进自抗扰控制原理的基础上,通过单一变量法分析改进自抗扰控制参数对控制效果的影响。采用多目标遗传算法优化脱硝系统改进自抗扰控制参数。通过仿真验证所提改进自抗扰控制在设定值跟踪、扰动抑制方面的优势,蒙特卡洛实验验证了所提改进自抗扰控制在应对系统不确定性时具有很强的鲁棒性。仿真结果表明所提改进自抗扰控制具有很好的实际应用潜力。     

风力发电机组的变桨距复合控制

针对变桨距风力发电机组的强非线性和时滞特性,受参数变化和外部干扰严重,提出了基于前馈补偿和模糊PID的复合控制策略来实现变桨距功率控制.将模糊控制与常规的PID控制相结合,设计了模糊自整定PID控制器对控制参数进行在线调整.考虑风速是一个可测的主要扰动,设计了前馈补偿器,采用分段比例控制补偿一个适当的前馈桨距角,在额定风速以上时作用于系统,实现按扰动的快速补偿.变桨距控制系统采用S7-1200PLC作控制器,编写程序实现了变桨距复合控制.试验表明,系统抗扰能力强,控制效果良好.     

大时滞不确定系统的滞后时间削弱与自抗扰控制

针对具有变时滞、变参数和扰动的大时滞不确定系统的控制问题,本文提出了滞后时间削弱与自抗扰控制方法,综合应用了前馈控制、反馈控制和自抗扰补偿控制.为了提高系统的稳定性,在前馈控制器的设计中采用了系统的边界模型确定控制器参数取值范围;采用系统边界模型输出与系统实际输出的动态加权和作为反馈控制器的输入.为了提高系统控制的性能,自抗扰补偿控制回路的设计基于标称模型的补偿控制器.理论证明和仿真结果表明,所提出的方法是有效的,其在具有模型参数变化、滞后时间变化和外部扰动情况下,能保证系统的稳定性和良好的控制性能.     

凹印机套色系统的自抗扰解耦控制

无轴凹印机套色系统的运行过程中存在各种形式的扰动,且各色组的套色误差通过张力传递相互耦合,严重影响系统的套准精度,必须进行解耦和抗扰控制.本文在建立了凹印机套色系统的近似数学模型的基础上,将扩张状态观测器与前馈相结合,提出了一种新的自抗扰控制策略.把一个强耦合、大扰动、模型不确定的复杂非线性系统动态补偿为近似的二阶线性系统,降低了系统的控制难度,改善了系统的动态性能,并使系统具有自抗扰的能力.仿真结果表明,与传统的前馈控制和非线性控制相比,该算法使系统控制误差的收敛速度加快,动态响应性能更优越,实现了色组间的解耦并使系统具有良好的抗扰性能.     

永磁同步电机自抗扰反步控制

为实现永磁同步电机的高性能控制,提出一种复合控制策略。在永磁同步电机矢量控制基础上,设计反步控制器用于电流环控制,得到同步旋转坐标系下定子电压,并能保证系统全局稳定。设计结构优化的线性自抗扰控制器用于速度环控制,提高系统抗干扰能力。采用二阶环节平滑速度指令,实现转速无超调。仿真结果表明该控制策略较传统PI控制具有转速适应范围广、无超调、抗扰动性能强等优点。     

基于自抗扰方法的单元机组协调系统设计

针对燃煤大型火电机组运行过程中普遍存在的煤质变化及外界不确定性扰动频繁,控制对象复杂等特性造成的常规协调控制策略无法满足电网自动化负荷控制要求的问题,提出了一种具有前馈补偿和近似静态单向解耦控制结构的机炉协调自抗扰控制策略。该控制策略在自抗扰控制器对扰动的跟踪补偿作用下可以使机组协调控制系统在汽机-锅炉控制回路强耦合和外部干扰的影响下实现对电网负荷指令的快速稳定跟踪,并且对机组运行工况和模型不确定性有很强的鲁棒性。仿真结果表明,在协调控制系统功率扰动和给煤机转速扰动及模型参数摄动影响下,单元机组依然具有良好的动态特性。     

立方体机器人自抗扰平衡控制方法

针对立方体机器人动力学模型多变量、强耦合的问题,提出一种基于自抗扰控制的平衡控制器设计方法.引入虚拟控制量,并在控制量与输出向量之间并行地嵌入多个自抗扰控制器,从而实现对多变量系统的解耦控制,将系统的动态耦合和外部扰动视为各自通道上的自抗扰控制器的总扰动,在为期望姿态安排过渡过程基础上,设计扩张状态观测器对总扰动进行估计并实时补偿.综合采用经验试凑法和带宽法对控制器参数进行整定,对自抗扰控制器系统进行稳定控制、姿态跟踪、抗扰性和鲁棒性实验,并与PID控制系统进行定量对比分析.仿真结果表明,所设计的自抗扰控制器不仅能有效实现立方体机器人的平衡控制,而且较PID控制器具有更好的响应速度、控制精度和强鲁棒性.     

滑模控制和自抗扰控制的研究进展

本文概括了滑模控制和自抗扰控制的研究进展,进一步给出了复合控制的思想.滑模控制和自抗扰控制都有它们各自的优点,但是也都有它们各自的局限,例如:滑模控制中的抖振问题和自抗扰控制中的估计能力受限问题.复合控制结合了滑模控制和自抗扰控制的优点,并能提高闭环系统的性能.     

无刷双馈电机自抗扰控制方法

针对无刷双馈电机非线性强耦合特性, 提出一种实现其高性能控制的自抗扰控制方法. 在控制电机同步坐标系下, 设计磁链自抗扰控制器和转速自抗扰控制器, 对系统内部的耦合影响和系统外部扰动进行观测和补偿, 实现非线性系统线性化控制. 该控制器具有较强的鲁棒性, 且不依赖电机模型. 仿真对比结果表明, 自抗扰控制器能够准确地估计和补偿系统的内外扰动, 控制精度高, 抗扰能力强, 能够实现磁链和电磁转矩的解耦, 进而实现磁链和转速相互独立控制, 是一种简单有效的高性能控制方法.

     

无人直升机航向自抗扰控制

针对无人直升机系统航向通道扰动大等问题,本文设计了一种自抗扰控制算法来实现其高性能控制.首先分析了航向通道的动态模型,并通过数学变换,将其转化为一类二阶系统;在此基础上,本文设计了适用于无人机航向通道的自抗扰控制策略,它由跟踪微分器、扩展状态观测器、控制器3个环节构成.本文对所设计的自抗扰控制策略进行了仿真和实验测试,并与常见的串级控制方法进行了对比分析.仿真与实验结果表明:这种自抗扰控制策略具有对扰动抑制能力强、控制精度高等优点,其控制性能明显优于常规的串级比例–积分–微分控制方法.     

SCR烟气脱硝系统鲁棒抗干扰控制研究

选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)技术是目前火电厂广泛采用的烟气脱硝方法,SCR脱硝系统反应过程复杂,具有大惯性、大迟延、强扰动和不确定性等特点,传统的PID控制无法实现喷氨量的精确控制。因此提出了一种SCR脱硝系统的鲁棒抗扰动控制方法,在设计鲁棒PID控制器的基础上,利用鲁棒时滞滤波器来达到抑制系统强干扰的目的。仿真实验表明,鲁棒时滞滤波器的加入改善了系统的动态性能,同时使得系统具有突出的抗干扰能力。该方法结构简单、整定方便、鲁棒性好,值得在工程应用中推广。     

Semi-global sampled-data output feedback disturbance rejection control for a class of uncertain nonlinear systems

This paper investigates the semi-global output feedback disturbance rejection control problem for a class of uncertain nonlinear systems with additive disturbances using linear sampled-data control. Aiming to reject the adverse effects caused by the uncertainties and unknown nonlinear perturbations which may not satisfy the strict feedback or feedforward structure, a new generalised discrete-time extended state observer is proposed to estimate the disturbance at sampling points. An output feedback disturbance rejection control law is then constructed in a sampled-data form which facilitates digital implementations. By selecting adequate control gains and a sufficiently small sampling period to restrain the state growth under a zero-order-hold input, the semi-global asymptotic stability of the hybrid closed-loop system and the disturbance rejection ability are proved. Both numerical example and an application of a single-link robot arm system demonstrate the feasibility and efficacy of the proposed method.     

基于扩张状态观测器的分散模型预测控制

针对复杂关联系统中分散控制方法无法有效解决子系统间的耦合和干扰问题, 提出一种基于扩张状态观测器的分散模型预测控制算法. 首先将复杂关联系统分解为多个状态维数较低、控制变量较少的子系统, 并为每个子系统设计本地预测控制器; 然后, 采用扩张状态观测器对子系统的耦合项以及干扰项进行估计, 进而利用估计值对子系统进行前馈补偿, 从而降低复杂关联系统的计算复杂度, 提高系统的稳定性和抗干扰能力; 最后, 利用液位控制系统验证了所提出算法的有效性.

     

线性/非线性自抗扰切换控制方法研究

非线性自抗扰控制 (Nonlinear active disturbance rejection control, NLADRC) 较线性自抗扰控制 (Linear active disturbance rejection control, LADRC) 具有跟踪精度高、抗干扰能力强等优点, 但在参数整定、稳定性分析以及控制性能分析等方面有一定的困难, 阻碍了非线性自抗扰控制在实际中的应用, 而线性自抗扰控制成为工程应用的首选.本文提出一种线性/非线性自抗扰控制切换控制方法, 该方法既综合了线性/非线性自抗扰控制的优点, 又解决了非线性自抗扰控制在参数整定、稳定性分析等方面的困难:首先, 分析线性/非线性自抗扰控制各自优缺点, 并给出了一种切换控制策略; 其次, 提出一种基于优化进行查表或利用拟合公式的参数整定方法; 再次, 提出基于劳斯判据和鲁棒波波夫判据的稳定性分析方法.通过仿真验证了该切换方法在跟踪精度、抗干扰能力等方面具有一定优势.该切换控制方法将有助于更好地发挥非线性机制在要求实现高精度、高抗扰能力场合的独特优势, 有望在工程实际中获得应用.     

Internal model based robust inversion feedforward and feedback 2DOF control for LPV system with disturbance

To reduce the adverse effects on the control performance and disturbance rejection caused by system uncertainty, a novel internal model based robust inversion feedforward and feedback 2DOF control approach was proposed for LPV system with disturbance. The proposed control approach combines the internal model control and robust inversion based 2DOF control, it utilizes internal model based control to reject external disturbance, utilizes robust inversion 2DOF control to enhance the control resolution and guarantee the system control performance. At first, a LMI synthesis approach for LPV system model identification and a disturbance compensator optimization design method which could minimize H_∞ norm of output error caused by disturbance are presented. Then, combined with internal loop for disturbance compensation, a robust inversion feedforward controller is designed by robust inversion approach and the feedback controller which could render the requirements of reference signal tracking performance and robustness satisfied is obtained by the H_∞ mixed sensitivity synthesis approach. Finally, atomic force microscopy (AFM) vertical positioning simulation experiments are conducted and the experiment results showed that the proposed control approach could achieve better output performance and disturbance rejection compared with conventional internal model based control and robust inversion based 2DOF control approach.     

基于定量反馈理论的时滞系统自抗扰控制参数整定

工业过程对象普遍存在时滞、模型参数不确定性和外部扰动多等特点,传统Smith预估控制方法难以设计出满足期望性能的鲁棒控制器.针对模型参数不确定性和外部扰动,本文采用自抗扰控制技术进行估计和补偿.针对系统存在时滞的特点,本文提出改进Smith预估器结构,提升扩张状态观测器对于扰动估计的实时性.在此基础上,本文以一阶时滞系统为例提出了控制器参数整定方法.首先根据最优参数选取准则确定预估器模型,然后在等效模型框架下采用定量反馈理论整定自抗扰控制器参数,确保控制系统达到预期性能指标.在仿真实验中,将所提出方法与几种常见时滞系统控制方法进行比较,通过设定值跟踪、抗扰及蒙特卡罗实验验证了所提出方法具有良好抗扰能力与鲁棒性.     

A unified design for feedback-feedforward control system to improve regulatory control performance

The PID controller is widely used in industries because of its simplicity and robustness. A simple approach to improve regulatory control performance is to combine both feedback PID and feedforward controllers. The feedforward controller enables early compensation of a measured disturbance before it can seriously affect the process. The conventionally derived non-ideal feedforward controllers are not often used in practice. The reason is that an ideal feedforward controller based on direct inversion of process model is often not physically realizable. Several non-ideal feedforward control designs have been proposed where some of them involve rather intensive tuning procedure to obtain good disturbance rejection. In this paper, we present a new systematic method for designing a combined feedback-feedforward control system. The proposed design method is easy to use and applicable to stable, unstable and integrating deadtime processes where the ideal feedforward controller is physically not realizable.     

Generalized feedforward tuning rules for non-realizable delay inversion

This paper describes the problem of load disturbance rejection using feedforward for the case when perfect compensation is not realizable due to processes delays inversion. First, a new generalized open-loop design tuning rule for feedforward compensators is proposed. Simple and intuitive guidelines are given for aggressive, moderate, and conservative performance results. Moreover, a switching feedforward compensator is proposed to be used when oscillations are not allowed in the process output. Simulation results show important improvements in disturbance rejection, reference tracking error and control effort.     

基于功能性电刺激的上肢康复系统条件反馈控制

功能性电刺激是脑卒中患者有效的康复方法,然而上肢肌肉的动态模型存在着强非线性、多源扰动、模型不精确和参数变化大等控制难点.为提高基于功能性电刺激的上肢康复系统的跟踪速度和扰动抑制能力,本文提出了一种基于条件反馈的比例–积分控制策略,条件反馈的设计用于提高系统的跟踪性能,通过比例–积分控制器抑制外部扰动与模型不确定性.通过单一变量法分析了控制器参数对控制效果的影响,提出了一种简单、实用的参数整定规则.基于Hammerstein肌骨系统模型,通过仿真验证了所提方法在保证闭环系统鲁棒性的前提下,与常规的比例–积分控制器相比在跟踪和扰动抑制性能方面的优势.最后,基于搭建的上肢康复系统控制平台,对不同实验者在不同目标输出力下进行对比实验,实验结果表明本文所提基于条件反馈的比例–积分控制策略的平均峰值量占比为9.22%,而对比控制策略的平均峰值量占比为17.80%,所提控制策略的平均单位误差绝对值积分指标是对比控制策略平均单位误差绝对值积分指标的70.43%,验证了本文所设计的控制策略在保证闭环系统鲁棒性的前提下具有更好的跟踪效果.