分数阶系统的二自由度 PID 预期动态整定法

采用实际模型简单控制的策略,针对分数阶系统提出一种基于预期动态方程的二自由度P ID整定方案（DDE）。通过选取预期动态方程系数,将控制器参数与系统控制要求建立联系,确定各个参数的取值规则。8个分数阶模型的控制仿真结果表明,用DDE法整定的整数阶二自由度 PID控制器可以使系统满足预期动态,并且该控制器具有与分数阶P ID相当或较其更好的控制效果。     

基于分数阶IMC-PID的锅炉蒸汽温度控制

近年来,分数阶微积分已被广泛应用于诸多领域中。针对分数阶控制器设计时参数整定困难的问题,基于内模控制的设计框架,将内模控制应用于分数阶热力系统的控制器设计。针对分数阶次a1,a=1和a1,分别给出了分数阶PID控制器类的实现,使分数阶控制器的参数整定得以简化。应用于某循环流化床锅炉主汽温对象的仿真结果表明,所设计的控制器,具有良好的设定值跟踪能力、抗干扰性能以及较强的鲁棒性。     

一种高阶系统的分数阶IMC-ID~μ控制器设计

针对高阶系统提出了一种模型降阶以及分数阶内模IDμ控制器设计方法。首先基于积分平方误差(ISE)性能指标,利用微粒群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法将高阶系统模型降阶为含有时滞环节的分数阶模型;然后根据内模控制(Internal Model Control,IMC)原理,并用一阶泰勒表达式逼近模型中的时滞环节,推导出了分数阶IMC-IDμ控制器,该控制器仅包含一个可调参数;最后根据系统的最大灵敏度指标,实现了控制器参数的鲁棒整定。仿真结果表明,本文方法可使系统同时具有较好的动态响应、干扰抑制性能以及克服参数摄动的鲁棒性。     

汽车非线性悬架的最优分数阶PI~λD~μ控制

为提高汽车乘坐舒适性和操纵稳定性,以二自由度非线性悬架系统为研究对象,以车身垂直加速度和悬架动挠度为控制量,设计非线性悬架系统的分数阶PI~λD~μ控制器,通过遗传算法获取分数阶PI~λD~μ控制器最优整定参数,仿真结果表明,在多种行驶工况下,分数阶PI~λD~μ控制比整数阶PID控制具有更加灵活的调节性能,能明显改善悬架综合性能,有效提高汽车行驶的平顺性和稳定性,为非线性主动悬架控制提供一种新方法.     

基于分数阶PI^λ控制器的单容水箱液位控制

讨论分数阶PI^λ控制器在单容水箱液位控制中的应用问题,给出了一种基于图解稳定性准则的PI^λ控制器的设计方法．研究了PI^λ控制器的参数稳定域,然后在稳定域内进行系统性能的设计,并提出具体的设计算法．通过Matlab仿真和水箱液位控制系统的实际操作实验,对分数阶PI^λ控制器、整数阶PI控制器和常规Ziegler-Nichols参数整定方法进行比较,说明了本文设计方法的有效性和分数阶PI^λ控制器的优越性．     

基于内模控制的PID参数整定方法研究及应用

工业生产过程中难以建立精确的数学模型,其参数往往难以整定.基于此,本文研究了基于内模控制的参数整定方法,利用减半原则将高阶含有延迟环节的模型降阶为一阶或二阶的模型,依据内模比例-积分-微分参数整定过程推导出SIMC法的整定公式进行SIMC参数整定.经仿真分析发现该方法的单位阶跃响应速度快、无振荡、超调量小,且其控制效果明显优于其他经典PID整定方法.应用此方法对精馏塔温度控制系统进行PID参数整定,由于精馏塔系统本身存在很强的耦合作用,故设计基于内模控制思想的内模解耦控制器.通过仿真结果发现无论在模型匹配还是失配的情况下,都不仅能消除回路之间的耦合作用,还能减小超调.所研究的内模解耦控制是一种先进、有效的解耦方案.     

基于A-W PI~λ永磁同步电动机的速度控制器设计

在永磁同步电动机控制系统中,用分数阶PI~λ取代整数阶PI速度控制器具有更好的动、静态性能,但在工程应用中,分数阶积分也会引起饱和非线性现象.为解决此问题,本文在分数阶PI~λ基础上提出了变结构A-W PI~λ算法以提高速度控制性能.A-W PI~λ算法根据控制器是否进入饱和而对积分状态进行控制,并采用粒子群智能算法实现控制器的各项参数整定.仿真实验表明:分数阶PI~λ比整数阶PI更容易进入饱和并能提前退出,而A-W PI~λ能迅速退出饱和区,A-W PI~λ速度控制器改进了系统的跟随性、抗负载扰动和鲁棒性能,提高了永磁同步电动机调速系统的速度控制性能.     

基于反向解耦的PWM整流器分数阶内模控制

针对三相电压型PWM整流器提出一种新型的双闭环控制策略。基于同步旋转坐标系下PWM整流器的数学模型,利用反向解耦方法实现电流环的完全解耦,且避免了复杂的矩阵求逆运算;根据内模控制(internal model control, IMC)原理,设计了电流环IMC-PI控制器,该控制器仅有一个可调参数;在电压外环控制器的设计中,将IMC与分数阶控制(fractional order control, FOC)相结合,给出一种分数阶内模控制器的设计方法,并利用系统截止频率和最大灵敏度指标,实现了控制器参数的鲁棒整定。仿真结果表明,所提方法可使系统具有更好的动态响应及抗扰性能。     

基于DSP他励直流电机模糊PID控制器仿真研究

针对他励直流电机调速系统参数模型的非线性、时变性,常规PID控制器参数离线整定带来的非优化的问题,提出一种基于DSP的模糊PID控制器算法,以电流反馈误差及误差的变化率作为模糊控制器的输入变量,采用参数自整定的模糊PID控制器实现PID参数在线优化。以DSP开发系统作为仿真平台,将他励直流电机传递函数转换为差分方程,构成基于模糊PID控制器的数字闭环他励直流电机仿真系统。利用DSP高速运算能力进行在线仿真,观察常规PID控制器和模糊PID控制器产生的系统输出波形。CCS2.0和MATLAB仿真实验表明：模糊PID控制器基本实现输出无超调,系统阶跃响应的上升时间和调整时间均比常规的PID控制器阶跃响应的小。模糊PID控制器应用于他励直流电机调速系统中,控制性能明显高于基于常规PID的调速系统。     

传递函数辨识(1):阶跃响应两点法和三点法

传递函数是经典控制理论中用来描述工业过程特征最为常用的数学模型。许多化工过程PID控制器的设计都是基于系统的传递函数模型。本工作利用系统的阶跃响应观测数据,提出了辨识一阶系统、二阶系统、三阶系统传递函数参数的两点法、三点法。这些代数确定传递函数参数的两点法和三点法机理清晰、易于理解,避免了求解超越代数方程的困难。     

新型分数阶PID控制器及其仿真研究

提出了一种新的比例、积分、微分PID控制器,将传统的PID控制器的阶次推广到分数领域,它不仅适用于分数阶系统,也适用于整数阶系统,并能取得一些优于整数阶PID控制器的效果.用滤波方法进行分数阶的微积分运算,直接求出传递函数,用Matlab/Simulink构造了PID模型,可直接在其他仿真系统中调用.仿真结果证明了所给方法的正确性.     

分数阶滑模控制算法在四容水箱中的应用及仿真

针对四容水箱系统存在模型不确定性、动态性能缓慢、耦合严重等问题,设计分数阶滑模控制算法对水箱液位进行控制。对传统整数阶滑模面和趋近率加以改进,得到控制效果更为灵活的分数阶滑模面和趋近率。使用李雅普诺夫理论对分数阶型滑模控制器的渐进稳定条件、适用范围、特性进行理论分析,提出算法的设计方法。通过与分数阶PID控制器比较,仿真实验表明分数阶滑模控制器对给定液位的期望值具有良好的动态性能,有效的减少控制过程中的超调,对系统参数摄动具有良好的鲁棒性。     

分数阶ＰＩＤ控制在网络控制系统中的应用

分数阶PID控制器较传统整数阶PID控制器增加了2个可调参数,使得其控制器的设计更加灵活,控制性能更加优良．针对网络控制系统（NCS）中的时延以及数据包丢失问题,提出对系统采用分数阶PID控制方法进行补偿,利用MATLAB／TrueTime仿真工具箱对NCS进行仿真研究．仿真实验结果表明,采用分数阶PID控制方法可以对时延以及数据包丢失问题进行有效的补偿,且控制效果明显优于整数阶PID方法．     

基于分数阶微分方程描述的系统的能控性和能观性判据

首先给出了由分数阶微分方程描述的系统的数学模型,根据对整数阶系统能控性和能观性的研究,给出了此类分数阶系统的能控性和能观性的定义,并利用两参数的Mittage-Leffler函数和Cayley-Hamilton定理分析此类分数阶系统的能控性和能观性,推导由分数阶微分方程描述的系统能控性和能观性判据.当其能控性判别矩阵M和能观性判别矩阵N的秩为满秩时,分数阶系统是能控和能观的.     

指标函数终端自由和受函数约束的分数阶系统的最优控制

将求解整数阶系统最优控制的方法和步骤拓展到分数阶系统的最优控制中,对由Caputo定义的分数阶微分方程描述的分数阶系统提出了求解性能指标函数在始端固定的条件下,终端时间固定而终端状态自由和始端固定、终端时间固定而终端状态受函数约束的最优控制的状态方程、伴随方程、控制方程、横截条件和终端约束方程,并给予了证明.     

含电磁功率扰动的分数阶电力系统混沌分析与同步控制

混沌振荡是电力系统的固有现象,当系统运行情况变得复杂时,整数阶互联系统模型已无法满足研究要求. 本文提出了一个简单的含电磁功率扰动的分数阶互联电力系统模型,利用分岔图、李雅普诺夫指数谱、庞加莱截面等分析系统产生混沌振荡的最低阶次. 通过改变电磁功率扰动幅值和频率因子,观察到系统由倍周期分岔通往混沌直至功角失稳,并导致系统崩溃. 同时,采用双参数分析法对系统的周期运动、混沌和功角失稳详细划分与分析,由于功角稳定性被破坏前并没有明显的迹象,但会出现分岔和混沌行为,若能对混沌运动进行控制,就可以避免功角失稳对系统造成的巨大危害. 最后,设计一种符合该系统稳定性要求的非线性控制器,实现分数阶互联电力系统的同步控制,仿真结果证明了控制方法的有效性,为电力系统的安全稳定运行提供了依据.     

DC-AC逆变器分数阶与整数阶PID控制对比

针对传统双环PID控制三相逆变器系统存在输出电压质量和鲁棒性不够理想,输出电压谐波含有率较高等问题,设计基于神经网络参数自整定的分数阶PIλDμ双环控制器:PIλDμ电流内环PIλDμ电压外环控制、PIλDμ电流内环PID电压外环控制和PID电流内环PIλDμ电压外环控制,并应用于不同的线性及非线性负载,考察其控制性能。仿真研究表明,分数阶PIλDμ电流内环整数阶PID电压外环控制性能最好,其次是整数阶PID电流内环分数阶PIλDμ电压外环控制和分数阶PIλDμ电流内环分数阶PIλDμ电压外环控制,性能最差的是传统的双环PID控制。     

分数阶多涡卷系统滑模控制混沌同步

基于分数阶微积分理论以及滑膜控制研究方法,研究具有确定参数和不确定参数两种情形下分数阶多涡卷系统的滑模混沌同步问题。给出两种情形下切换函数的构造,设计出控制器,并给出系统取得同步的两个充分性条件。研究结果表明:在适当的选取控制律以及自适应控制律下,多涡卷误差系统取得滑模混沌同步。     

External stability of fractional-order control systems

Stabilityisapreconditionforcontrolsystemsto operatenormally.Anunstablesystemisnotofpracticalvalueinengineering.Thecontrolsystemsusedsofarareallconsideredinteger ordersystems,althoughtherealobjectsaregenerallyfractional[1].Thereasonto disregardtherealorder…     

动态矩阵算法在线应用的仿真研究

慢变过程量控制的开工启动阶段或设定值变化的中间过渡阶段，设置一小幅度的阶跃输入是允许的，由此得到的阶跃响应可作为对象预测模型。在线建模情况下，模型失配性质应分类为随机性失配、系统性失配及截断过早失配。文章分别讨论了各类失配的特点，提出修正处理的方法，并为加快优化过程作了考虑。因为免除了离线整定过程，有条件将动态矩阵算法应用于廉价的实时控制器，可望改善丝绸工业中常见的许多加工设备的控制质量，具有实用意义。