基于灵敏度的大滞后过程对象自适应PI控制器

针对较难控制的大滞后过程对象,提出一种基于灵敏度鲁棒性能指标的自适应PI控制器,使控制回路在运行过程中始终保持在最佳运行状态,最终提高工业过程设备的运行效率.利用控制回路在正常运行过程中产生的过程对象输入和输出信号,通过信号分解和傅立叶分析运算在线辨识过程对象在重要频率点上的频率响应特性,然后通过同一阶加纯滞后模型在幅值和相位两方面的匹配获得一个可以很好地描述大滞后对象的传递函数模型.基于模型计算出满足灵敏度性能指标的PI控制器参数,实现了大滞后过程对象的自适应PI控制.所提出的PI控制器的自适应过程不需要过程对象的任何先验知识,也不需要中断控制回路的正常运行.仿真实验表明模型的在线辨识精确,而且自适应PI控制可以保证系统的鲁棒性能和预期的控制性能.     

基于Ziegler-Nichols频率响应方法的自适应PID控制

提出一种基于Ziegler-Nichols频率响应方法的自适应PID控制器,它通过控制回路正常运行中的过程对象输入输出数据在线辨识出过程对象重要的临界频率响应特性,然后基于Zieger-Nichols整定规则或改进的方法在线更新PID控制器参数.PID控制器的自适应过程不需要系统的任何先验知识,也不需要建立任何对象模型,可以保证控制回路始终运行在最佳状态.仿真实验表明了自适应PID控制的有效性和可行性.     

基于设定值响应的PI控制系统性能评估

针对一阶惯性具有纯迟延环节的被控对象,利用含PI控制器的反馈控制系统的一组无量纲性能指标,研究了PI反馈控制系统的控制性能和鲁棒特性的评价方法,推导出了各种性能指标的计算方法,划分了控制器的性能等级,给出各等级性能指标的带宽;将性能评价方法推广到二阶惯性加纯迟延的对象,利用性能指标对不同参数下PI控制的二阶对象反馈系统进行控制器性能的评价,仿真研究证明了性能评价方法的正确性和适用性.     

不确定性系统的自适应鲁棒跟踪控制

针对存在未知干扰和未建模动态等不确定性的系统的自适应鲁棒跟踪控制问题进行了探讨.首选将l1优化控制器的有限拍设计方法结合给出了最优鲁棒稳态跟踪控制器的设计方法．然后利用集员辨识的思想,将名义模型的参数和未建模动态及干扰的大小作为未知参数,提出了一种递推参数估计方法.最后将上述研究结果结合起来提出了一种自适应鲁棒跟踪控制策略,证明了自适应算法的全局收敛性并给出了鲁棒跟踪性能指标的一下较紧的上界.与现有的结果相比,本文提出的自适应控制具有非保守的鲁棒稳定性,具有渐近最优的鲁棒跟踪性能.     

基于预见与PI补偿的不确定非线性系统鲁棒滑模控制

针对一类匹配不确定非线性连续时间系统,本文提出一种具有预见与PI补偿的鲁棒滑模控制设计方法.首先,为提高系统的跟踪性能和鲁棒性,在常规的滑模控制基础上,引入前馈预见与PI控制器.然后,通过增加扩展系统状态变量方法,构造一个包含可预见的目标信号的不确定增广系统,并将控制器的设计问题转化为增广系统的稳定性问题.在此基础上,针对标称增广系统,应用最优控制原理,设计最优预见PI控制器;针对不确定增广系统,应用变结构控制方法,设计最优预见PI滑模控制器,实现不确定系统的鲁棒调节.所得结果推广和包含了已有文献中的一些结果.最后,数值仿真验证所提方法的有效性.     

基于神经网络与多模型的非线性自适应广义预测控制

针对一类不确定非线性离散时间动态系统, 提出了基于神经网络与多模型的非线性广义预测自适应控制方法. 该自适应控制方法由线性鲁棒广义预测自适应控制器, 神经网络非线性广义预测自适应控制器和切换机制三部分构成. 线性鲁棒广义预测自适应控制器保证闭环系统的输入输出信号有界, 神经网络非线性广义预测自适应控制器能够改善系统的性能. 切换策略通过对上述两种控制器的切换, 保证系统稳定的同时, 改善系统性能. 给出了所提自适应方法的稳定性和收敛性分析. 最后通过仿真实例验证了所提方法的有效性.     

时变不确定切换广义系统的鲁棒最优保性能控制

针对一类时变参数不确定切换广义系统,对其鲁棒最优保性能控制问题进行研究,假定其中的时变不确定性项是范数有界的,但不需要满足匹配条件。通过构造广义Lyapunov函数和线性矩阵不等式方法,给出系统鲁棒最优保性能控制器存在的充分条件。进一步,建立一个具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,得到鲁棒最优保性能控制律及闭环性能指标上界。最后用示例说明该方法的有效性。     

一种可保证瞬态特性的改进的鲁棒模型参考自适应控制

针对典型的鲁棒模型参考自适应控制中瞬态性能无法得到保障的问题, 提出一种改进的鲁棒模型参考自适应控制器. 该控制器在标准的鲁棒自适应控制中加入??_∞ 补偿器, 以抑制闭环自适应系统中参数估计误差和不确定扰动对系统输出跟踪性能造成的不利影响. 理论分析和仿真验证表明, 所提出的控制器不但保留了典型鲁棒模型参考自适应控制的理想特性, 并且通过设计适当的??∞ 补偿器使得闭环系统的瞬态性得到了较大的改善, 其改善的程度依赖于??∞ 补偿器性能指标的大小.

     

内模史密斯预测控制器的鲁棒整定方法

过程纯滞后和参数不确定性是导致工业控制不理想的重要原因。为解决这一问题实现过程平稳控制的目的,在史密斯预测控制结构的基础上,提出了基于一种基于鲁棒性能指标λ的参数整定原则,利用一阶泰勒级数逼近系统的时滞项,导出预测控制结构的控制器的控制参数,其可调的参数与系统的动态性能和鲁棒性能有着密切的联系。其后,分析一种鲁棒性能指标,导出其唯一可调的参数β与性能指标λ的表达式,并增加补偿项α修正对参数整定时产生的误差。通过仿真表明,该方法可以取得很好的平滑控制效果,具有很好的鲁棒性,能够克服过程滞后和过程参数不确定性导致的控制效果不理想的问题。     

精馏塔H∞非脆弱鲁棒控制的研究

指出了对精馏塔采用高阶常规鲁棒设计的控制器进行降阶所得控制器具有脆弱性,不能保证设计要求的鲁棒性,精馏塔在设计范围内摄动时,系统出现渐扩发散现象.提出将精馏塔控制器摄动转化为被控对象摄动.给出了不需要控制器降阶的精馏塔H∞非脆弱鲁棒PI控制器设计方法.对MIMO精馏塔系统,给出了可简化求解过程的PI控制器形式.讨论了精馏塔非脆弱鲁棒控制不确定性权函数和性能权函数的选择,求解了H∞非脆弱鲁棒PI控制器.仿真结果表明,该精馏塔控制系统具有较好的适应性.     

基于模糊分数阶PIλDμ控制的AC/DC变换器

作为AC/DC电力变换装置的核心,控制系统控制效果的好坏直接影响电压输出波形的质量.为了进一步提高AC/DC电力变换装置的控制性能,增强系统的鲁棒性和稳态性,提出一种模糊控制与分数阶PIλ Dμ控制相结合的复合控制策略,并将其用于十二脉波整流电路的控制系统中.采用模糊控制器可以很好地实现对控制参数的自适应调整,分数阶PIλDμ控制器在非线性系统的控制过程中能够取得比整数阶PID控制器更好的控制效果.仿真和实验结果表明,改进后的控制器具有较强的灵活性和鲁棒性,稳态性和自适应能力得到增强,适用于非线性时变系统.     

基于非线性L1自适应动态逆的飞行器姿态角控制

钊对常规动态逆控制器不能有效抵消系统中的不确定性这一缺点,提出了一种非线性L_1自适应动态逆控制方法.该方法能够克服常规动态逆的不足,在保证系统鲁棒性的前提下,提升飞行器姿态角控制效果.首先,采用时标分离原理,将姿态角控制系统分为内外两个回路:外回路采用常规动态逆控制器,用于姿态角的跟踪控制;内回路采用非线性L_1自适应控制器,用于角速率的控制.其中,L_1自适应控制器由静态反馈控制器和自适应控制器组成:静态反馈控制器通过状态反馈实现,用于保证内回路的稳定和具有期望的闭环特性;自适应控制器由状态观测器、自适应律和控制律组成,用于抵消系统中的不确定性.其次,对所提控制方法的稳定性进行了分析,结果证明了该控制方法能够保证内回路的稳定和外回路的误差有界.最后,在综合考虑多种不确定性的情况下,将本文提出的非线性L_1自适应动态逆控制方法用于某无人飞行器姿态角控制,仿真结果验证了该控制方法的有效性和鲁棒性.     

Automated Maximum Sensitivity And Phase Margin Specification Attainment In Pi Control

The prevailing industrial and academic autotune paradigm uses the relay experiment to find the ultimate data of an unknown system, followed by the use of this data in PI (D) tuning rules. This paper firstly reviews a novel method of obtaining desired frequency response data‐points of an unknown system which is more accurate and flexible than the relay experiment. The paper then demonstrates how this new identification module can be used in closed loop to automate PI controller tuning to achieve classical robustness specifications. The new algorithm is given along with details of MATLAB/SIMULINK simulation results. The non‐parametric identification method developed by the authors and used in this work is termed the Phase Locked Loop method (PLL). The classical robustness specification to be achieved by the PI controller is a pair of desired maximum sensitivity and phase margin specifications. Conclusions and future research directions close the paper.     

Pi Tuning Under Performance Constraints

In this paper, a PI controller tuning method is proposed to meet several practical constraints such as the system bandwidth, the stability robustness and the low‐frequency disturbance rejection ability. An objective sensitivity function is first given subject to the above constraints. The PI controller is then designed by making the actual closed‐loop sensitivity function close to the optimal one in the frequency domain. Simulation examples are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

Adaptive backstepping output feedback control of DC motor actuator with friction and load uncertainty compensation

In this paper, we present an output feedback backstepping controller for mechatronic actuators with dynamic adaptive parameters for friction and load compensation. The targeted application is angular position control of automotive mechatronic valves, which possess nonlinear dynamics due to friction. The proposed controller requires only position measurement. The velocity, current, and friction dynamics are obtained by estimation and observation. The adaptive control law compensates the variations in friction behavior and load torque variation, which are common in real life applications. Lyapunov analysis has been used to show the asymptotic convergence of the closed‐loop system to zero. Simulation and laboratory experimental results illustrate the effectiveness and robustness of the controller. Further experiments on an engine test bench demonstrate the applicability of this controller in commercial engines, as well as its effectiveness as compared with conventional PI controllers.Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

A new adaptive PI for bicarbonate regulation in an anaerobic digestion process

This paper deals with the design and validation via numerical simulations of an adaptive proportional integral (PI) controller for bicarbonate regulation in an anaerobic wastewater treatment process. The proportional and integral gains are deduced as a function of the parameters of an approximate dynamical model. First, a brief explanation of the control structure is introduced. After that, a general equation of an adaptive PI controller is proposed. Next, the controller is implemented in order to regulate bicarbonate by two control actions in a completely stirred tank reactor (CSTR): adding a base and manipulating the dilution rate. Finally, a smooth switching mechanism which allows the process to operate in open or closed loop according to the operating conditions is implemented. The performance of the process with the proposed control scheme is validated via simulations. Copyright © 2010 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

单神经元自适应PID控制器及其应用

研究了单神经元自适应PID控制器,阐述了该控制器的特点、控制律、适用对象及工程整定方法,在和利时公司的SmartPro系统平台上开发出单神经元自适应PID控制器,进行了单神经元自适应PID控制器的典型一、二阶对象闭环仿真,最终将单神经元自适应PID控制器应用于制药厂发酵罐温度控制回路中。单神经元控制器具有可调参数少、易于整定、控制输出平稳、鲁棒性强的独特优点,适用于大滞后且要求平稳控制输出的工业过程。     

Robust discrete adaptive input-output-based sliding mode controller

A robust input-output-based discrete adaptive sliding mode controller is proposed. It combines an integral action, a nonlinear output feedback, an adjustable sliding mode and an adaptive plant parameter estimator. The controller design is carried out via the Lyapunov direct method. A pole assignment procedure is developed for determination of the integral control gain and the coefficients of the sliding mode hyperplane. An on-line update for coefficients of the hyperplane is used to improve control loop behaviour further. Compared with the optimally tuned proportional-integral-derivative (PID) controller, the new controller has increased robustness with regard to the variation in the main process parameters and it has much better set point tracking characteristics. The new controller also exhibits very good disturbance rejection property comparable work or better than to that obtained by the optimally tuned PID controller. Simulation experiments are made to illustrate the quality and robustness of control achieved.