一类未知参数非线性系统的自适应无源控制

对一类含有未知参数的本质非线性系统,通常的Backstepping方法无法应用.为此,提出一种基于状态反馈的自适应无源控制对策,通过对非线性系统进行反馈无源化控制,设计自适应无源镇定控制器和自适应无源输出跟踪控制器.设计中适当调节自适应无源控制器参数,能够保证闭环系统稳定且所有信号全局一致有界,从而解决了此类含有未知参数非线性系统的稳定性和输出跟踪问题.仿真算例验证了提出控制方案的有效性,表明系统具有较强的稳定性和跟踪特性.     

含有非线性不确定参数的电液系统滑模自适应控制

针对含有非线性不确定参数的电液控制系统, 提出了一种滑模自适应控制方法. 该控制方法主要是为了解决由于初始控制容积的不确定性而引起的, 非线性不确定参数自适应律设计的难题. 其主要特点为, 通过定义一个新型的特Lyapunov 函数, 进而构建系统的自适应控制器及参数自适应律, 并结合滑模控制方法及一种简单的鲁棒设计方法, 给出整个电液系统的滑模自适应控制器, 及所有不确定参数的自适应律. 试验结果表明, 采用该控制方法能够取得良好的性能, 尤其可以补偿非线性不确定参数对系统的影响.     

基于参数摄动模型的航空发动机鲁棒弹性自适应控制

航空发动机特性随飞行条件和工作状态变化,在复杂工作环境中同时存在模型不确定性和控制器自身参数变化问题,很大程度上影响整个飞行包线的控制性能。为此,文章提出一种基于参数摄动模型的航空发动机鲁棒弹性自适应控制方法。其首先建立了航空发动机参数摄动结构化模型;然后针对被控对象模型的不确定性和控制器增益的摄动,利用李雅普诺夫稳定性（Lyapunov stability）理论和线性矩阵不等式约束,设计了增益摄动有界但上界未知时的鲁棒弹性自适应控制律,将控制器的设计问题转化为线性矩阵不等式的可行解问题,使控制器的设计仅依赖线性矩阵不等式解矩阵的存在性,并证明了算法的稳定性。在此基础上,文章对飞行包线内发动机不同工作状态进行控制仿真验证。结果显示,调节时间小于1.8 s,超调量小于5%,这表明所设计控制器具有良好的稳定性和控制性能。     

采用自适应控制的电—气比例／伺服控制系统的研究

电-气比例/伺服控制系统的特性受到运行参数和负载干扰的较大影响,本文研究了该系统的自适应控制方法.根据电-气比例/伺服控制系统的技术特点,作者提出了采用模型参考自适应控制的策略,并解决了控制器设计、实现中的一系列技术问题.实验结果表明,本文的研究取得了显著的效果.     

基于任务空间的无标定视觉机械臂自适应跟踪控制

针对动力学参数不确定的无标定视觉机械臂系统,研究基于任务空间的自适应控制问题。对于控制器的设计,首先研究机械臂动力学参数不确定情况下基于任务空间的控制问题,然后设计自适应摄像机标定控制器,最后根据任务空间信息和图像空间信息的一致收敛关系统一两部分控制器,设计整个闭环系统控制信号和自适应控制律。实验结果表明了所提出的控制方法的有效性。     

基于粒子群优化的自适应模糊制冷控制算法

为解决空间斯特林制冷机和探测器热负载不确定及存在变化的问题,提出了自适应模糊PID制冷控制。在空间环境中使用的斯特林制冷机参数会随着时间的变化而发生改变,探测器负载也会随着工作模式和工作时间的变化而变化,整个制冷系统涉及的变量多,参数非线性。采用传统的控制方法,在固定的单一条件、环境下得到的控制参数,环境和负载发生变化后容易性能变差甚至不稳定,控制精度和稳定性不能满足使用要求。设计了一种自适应斯特林制冷机控制器,通过综合自适应模糊PID控制的方法,采用粒子群优化算法调整控制参数以减小代价函数。通过仿真和试验验证算法的有效性和鲁棒性。     

永磁无刷直流电机模糊自适应控制器设计

关于直流电机优化问题,针对永磁无刷商流电机工作过程中电气参数的非线性、时变特性,影响系统的品质特性.在分析电机模型的基础上,提出采用积分系数、比例系数模糊自整定技术,按照电机理想的起动、稳态和制动过程要求,设计了速度偏差、速度偏差微分、控制器输出和比例因子隶属度函数及相应的模糊控制规则,构成了模糊自适应控制器.经仿真结果表明,设计的控制器对电机负载、电机电气参数大范围扰动具有较强的抑制能力,系统动态响应快、超调小,达到了对电机参数变化的自适应控制目的,并为控制器设计提供参考.     

基于粒子群算法的PID神经网络解耦控制

基于粒子群的优化算法具有对整个参数空间进行高效并行搜索的特点以及PID神经网络的自调节和自适应特性,设计了具有PID结构的多变量自适应神经网络控制器。该算法采用粒子群算法优化 PID 神经网络初始权值,并将优化后的最优初始权值控制非线性耦合系统。系统仿真结果表明,粒子群优化后的 PID 神经网络控制器具有逼近控制目标更快,响应时间较短的显著优点。该控制策略可在大范围内克服系统的非线性和强耦合问题,具有一定的理论研究价值和工程实用价值。     

直流无刷电机控制器设计与仿真

关于无刷电机性能优化问题。无刷直流电机工作过程中电气参数具有非线性、时变性的特性,造成实时性差,由于传统的PID控制器的参数不能在线调整,在对其进行控制时存在鲁棒性差、精度低等缺点。为解决上述问题,提出将模糊自适应PID控制器应用于无刷直流电机的控制中,根据系统的转速偏差e和偏差变化率ec,经过模糊逻辑推理,动态自适应调整PID控制器的三个参数。在分析电机模型的基础上,借助在Matlab仿真平台设计了无刷直流电机模糊自适应PID控制器的仿真模型。结果表明:较之传统的PID控制器,模糊自适应PID控制器响应速度快、鲁棒性强、无超调、精度高,达到了较好的控制效果。     

基于粒子群算法的PID神经网络解耦控制

基于粒子群的优化算法具有对整个参数空间进行高效并行搜索的特点以及PID神经网络的自调节和自适应特性,设计了具有PID结构的多变量自适应神经网络控制器。该算法采用粒子群算法优化PID神经网络初始权值,并将优化后的最优初始权值控制非线性耦合系统。系统仿真结果表明,粒子群优化后的PID神经网络控制器具有逼近控制目标更快、响应时间较短的显著优点。该控制策略可在大范围内克服系统的非线性和强耦合问题,具有一定的理论研究价值和工程实用价值。     

EMS型磁悬浮列车模块悬浮系统的模型参考自适应控制

模块是EMS型磁悬浮列车的基本功能单元,常用的悬浮控制方法是将其两端等效为两个完全独立的对象分别设计控制器。实际上模块两端的运动状态是互相耦合的,独立设计的控制器很难解决彼此之间的状态耦合。本文针对这种耦合情况,将模块视为一个刚体对象,采用反馈线性化方法实现模块运动的电气解耦,并针对模型的不确定性设计了模块悬浮系统的模型参考自适应控制器。仿真结果表明,该自适应控制器有效地解决耦合问题,提高悬浮系统的性能。     

磁浮列车悬浮系统的串级控制

为了消除磁浮列车的轨道共振,必须设计鲁棒性较强的悬浮控制系统.将悬浮控制 系统分解为电流环和悬浮子控制系统两个串行、解耦的子系统来考虑,并应用H∞控制理论 设计了电流环控制器,用时域法设计了悬浮子系统的控制器,给出了所设计的控制器在一个 单转向架磁浮列车上的悬浮试验结果.     

容许间隙传感器温漂的磁浮系统控制律重构

对剐性轨道磁浮系统模型,分析了双环PID控制律作用下,间隙信号温漂条件下系统的稳定性和动态性能,把非线性系统在平衡点线性化,利用劳斯判据得到了系统仍然能稳定,但动态性能变差加剧车轨的耦合振动。为解决高速磁浮列车间隙传感器的温漂问题,重新选择状态变量,利用输入反馈线性化的方法,设计了新控制器。在新控制输入作用下,使系统能够适应悬浮间隙的变化,进而能够顺利解决间隙传感器的温漂问题,并且系统的动态性能几乎保持不变。仿真结果证明了理论推导的正确性。     

磁悬浮列车的双环控制

为了增强控制系统对磁悬浮列车系统参数变化的适应性,将磁悬浮系统分为电流环和位置环进行控制.对于电流环系统,采用模型参考自适应控制方法进行控制,使得在电磁线圈参数变化的情况下,电流环的性能能够保持稳定,这样就将三阶非线性磁悬浮系统降阶为二阶系统;对于二阶系统,首先采用反馈线性化控制方法将系统线性化,然后采用PD控制算法进行控制,从而确保系统在不同工作点处的性能一致.仿真实验结果证明,该方法使磁悬浮列车的适应能力得到了明显的提高.     

高速悬浮列车车载控制器综合试验台研制

针对新一代高速磁浮列车车载控制器研制、生产、试验期间的测试以及故障诊断需求,本文基于通用化、模块化、标准化设计思想,采用PXI、LXI混合总线以及自动测试程序集(TPS)技术,设计研发了车载控制器综合试验台,并对多型车载控制器进行了功能、性能测试验证。验证结果表明,本试验台设计原理正确、运行稳定可靠、测试结果准确,满足高速磁浮列车车载控制器自动化测试的需要。     

Fault tolerant control for joint structure in PEMS high speed maglev train

The PEMS high speed maglev train, which features a permanent magnet inside an electromagnet, is a new kind of maglev train for long distance intercity transportation. The joint structure, which consists of two single levitation sub‐systems, is the fundamental levitation unit. Two kinds of faults are considered and corresponding fault tolerant control strategies are proposed. The first fault condition is when a gap sensor that is part of a single levitation system is faulty. For this kind of fault, a fault tolerant control strategy based on signal reconfiguration is proposed. The second fault condition is when the whole of a single levitation sub‐system is faulty. Under this condition, a faulty model is firstly established, then a fault tolerant control strategy is designed. When this kind of fault is detected, a switch from the normal controller to the fault tolerant controller can make the faulty system stable.     

高速磁浮列车制动控制器综合试验台研制

针对高速磁浮列车制动控制器研制、试验、生产等环节的测试与故障诊断需求,采用PXI总线以及自动测试程序集(TPS)技术,设计研发了可移动式综合试验台。通过模拟各种故障以及异常工作状况,验证了控制器的故障处理、出厂检测、检修维护能力。试验表明,该试验台具有小型化、模块化、高精度的可移动便携性优点,可实现制动系统的单机测试。     

基于LMI的磁浮列车悬浮系统被动容错控制

磁浮列车的悬浮系统是具有多传感器、多控制器的复杂非线性系统,其运行环境十分复杂.一旦发生故障或失效就有可能造成人员伤亡或财产损失.为了提高悬浮系统的安全性和可靠性,针对磁浮列车悬浮系统的电磁铁或功率放大器等执行器故障进行了容错控制问题的研究.在建立磁浮列车悬浮控制系统模型的基础上,从被动容错控制角度出发,采用LMI(线性矩阵不等式)方法设计了悬浮控制系统在执行器故障条件下的容错控制器,并以实际对象参数为例进行了仿真分析.仿真结果表明所设计容错控制器可以实现磁浮列车在故障条件下的稳定悬浮与运行,证明了将基于LMI的被动容错控制策略应用于磁浮列车悬浮控制系统的可行性.     

磁浮列车导向控制系统及其仿真

和传统轮轨列车相比，磁浮列车是脱离轨道运行的，因而导向控制技术是其一项关键的技术。本文对导向控制技术的关键问题作了分析，并建立了相应的数学模型，设计相应的控制器，建立了转向架的模型，并对转向架的模型进行仿真。仿真的结果给出了各种因素变化时气隙的变化规律。     

磁悬浮球系统的非线性自适应控制方法

针对磁悬浮球系统被控对象变化时控制器自适应问题,提出了一种反馈线性化和在线参数辨识相结合的非线性自适应控制方法。基于状态反馈精确线性化方法建立磁悬浮球系统的数学模型,通过状态反馈设计了一种非线性控制器,并给出了控制器参数的在线辨识方法。MATLAB平台上在线实验结果表明,与反演滑模自适应控制方法相比,提出的方法无须在平衡位置近似线性化,可以在平衡位置实现对不同对象的自适应控制,且具有理想的稳态调节性能。