直流调速系统抗环绕比例积分控制器的设计

分析了比例积分控制器的内环绕现象对系统动态性能的影响，提出了直流调速系统抗环绕比例积分控制器的设计方法和控制模型，通过数值仿真比较新型控制器对系统性能的改善情况。     

Anti-windup control for nonlinear singularly perturbed switched systems with actuator saturation

This paper considers the problem of anti-windup (AW) control for nonlinear singularly perturbed switched systems with actuator saturation. An AW controller consisting of a dynamic state feedback (DSF) controller and an AW compensator is firstly constructed. Then, two methods are proposed to determine the AW controller gain matrices by a common Lyapunov function. One of which assumes that the singular perturbation parameter ? is available and designs ?-dependent AW controller gains simultaneously. The other one, which considers the case that ? is unknown but sufficiently small, designs the ?-independent DSF controller gain matrices first and then designs the ?-independent AW compensator gain matrices. Both of the methods are reduced to solving convex optimisation problems and can achieve larger stability bound and basin of attraction than the existing results. Finally, examples are used to illustrate the feasibility and advantages of the proposed methods.     

四旋翼无人机的偏航抗饱和与多模式PID控制

四旋翼无人机偏航运动能力比俯仰、滚转运动能力弱,因此在偏航运动上更容易出现执行器饱和.特别在外界干扰下,偏航常常出现饱和现象,对此从实际工程出发提出了一种多模式PID(MMPID)控制器,抑制偏航饱和,并保证在外界干扰情况下具有较好的偏航控制性能.首先,根据四旋翼无人机的动力学模型,设计了基于MMPID的偏航控制器.MMPID算法具有多模式特性,在满足一定条件时采取退饱和控制策略.其次,利用李亚普诺夫稳定理论证明了基于MMPID的偏航控制系统的稳定性.最后,通过四旋翼无人机偏航仿真实验比较了MMPID与变结构PID算法的抗饱和性能与偏航控制性能,结果表明MMPID算法具有明显的控制性能优越性.并且,通过四旋翼原型机实验验证了MMPID偏航控制器的有效性和鲁棒性.实验结果表明:在室内无干扰情况下,基于MMPID的偏航系统基本无执行器饱和现象,最终偏航角误差收敛到±0.05 rad;在室内加入干扰情况下,执行器退出饱和时间约10 s,偏航角误差收敛到±0.08 rad;在室外,偏航退饱和时间约5 s,偏航误差收敛到±0.13 rad.MMPID控制器有效地抑制了四旋翼无人机偏航运动上的执行器饱和,并可实现准确的偏航姿态控制和强鲁棒性.     

共轴八旋翼无人飞行器的偏航静态抗饱和补偿控制

设计了一种共轴八旋翼无人飞行器,与四旋翼飞行器相比,其具有更大的驱动能力、更强的带载能力和一定的冗余能力．首先,建立了飞行器的动力学模型．针对共轴八旋翼飞行器偏航运动能力比俯仰、滚转运动能力弱,偏航容易出现执行器饱和现象的问题,从实际工程出发提出了基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和补偿器．线性自抗扰算法易于工程调节,能够实时估计与补偿外界扰动．静态抗饱和补偿器不增加系统阶次,有效抑制偏航执行器饱和．利用李亚普诺夫稳定理论证明了基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和偏航控制系统的稳定性．最后,通过共轴八旋翼飞行器的仿真实验与原型机比较实验验证了算法的有效性与鲁棒性．原型机实验结果表明：在室内固定干扰下,执行器退出饱和的最长时间约为4 s,偏航角误差收敛到±0.085 rad;在室外变干扰下,执行器退出饱和的最长时间约为9 s,偏航角误差收敛到±0.127 rad．基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和补偿器在外界干扰情况下能够有效地抑制执行器饱和,具有良好的偏航控制性能与强鲁棒性．     

约束T-S模糊系统设计的模糊Lyapunov方法

通过引入模糊Lyapunov函数,研究一类执行器饱和的离散T-S模糊系统.对系统设计模糊抗积分饱和补偿器,得到系统稳定的充分条件,并扩大了系统的吸引域.这种方法避免了寻求一个满足系统所有模糊规则的公共正定矩阵P.最后,抗积分饱和补偿器增益通过迭代优化算法得到.     

饱和时滞非线性系统的间接线性矩阵不等式抗饱和设计

当时滞非线性系统具有执行器饱和时,其稳定性无法得到保证.为了寻找饱和时滞非线性系统的稳定控制器,本文阐述了一种间接线性矩阵不等式(LMI)一步抗饱和设计方法.首先,利用Takagi-Sugeno (T–S)模糊模型将一类饱和时滞非线性系统精确重构,引入输出反馈并行分布补偿系统得到闭环控制系统.然后,运用李雅普诺夫稳定性理论,导出闭环系统的稳定条件,利用一个矩阵不等式的等价引理,将闭环系统稳定条件间接的转化为两个LMIs条件,进而得到间接LMI抗饱和补偿算法,同时给出了吸引域估计及其优化模型.最后给出了应用此方案的一个仿真实例.     

一类具有执行器饱和的非线性系统抗饱和方法研究

针对一类具有执行器饱和的非线性控制系统, 提出了一种双环路的动态抗饱和补偿方案, 为执行器输出受限的非线性系统提供了新思路. 与现有结果相比, 所提方案能更好地改善闭环系统控制性能. 考虑执行器饱和约束, 通过优化执行器饱和发生前后控制器的状态误差的积分性能指标, 综合设计一类同时包含传统抗饱和及延迟抗饱和补偿器两个环路的改进抗饱和补偿器, 这类补偿器有效地抑制了饱和现象对控制器的影响, 从而降低了执行器饱和对控制系统性能的影响. 当系统存在高饱和度现象时, 利用该双环路抗饱和补偿器, 可以最大程度弱化饱和对系统性能的影响. 最后, 利用输入状态稳定 (Input state stability, ISS) 定理分析和证明了该闭环系统全局一致有界稳定. 并通过舵机执行器受约束的舵减横摇系统的仿真试验, 验证了该方案的有效性及优越性.     

永磁同步伺服系统速度调节器抗饱和补偿器设计

针对永磁同步伺服系统速度调节器积分饱和问题,按照反计算思想,提出一种新型的Aw设计方法.该AW方法可根据PI调节器输入输出状态确定反计算支路的增益,为其提供一套整定原则.通过仿真和实验对比传统反计算AW与该新型AW设计方法,仿真和实验结果验证了该新型AW设计的可行性及优越性.在保证系统响应速度的前提下,新型AW设计的P...     

大型民用飞机座舱区域多级温度控制系统的研究

大型客机温度控制系统对象既有大舱容的延时和滞后,又有小舱容的快速动态反馈的特征;同时流量变化对飞机的性能影响也会带来温度的变化,增加系统控制难度。大型客机的座舱温度控制要保持在舒适区范围内,采用传统控制系统有一定的局限性,需要使用更为先进的控制方法。针对座舱区域温度特点设计一种多级温度控制结构,运用抗饱和PID控制算法的模型进行控制。使得温度控制系统既有控制的快速性,又有迟滞控制的稳定性和抗干扰能力。同时冷路控制采用四轮式空气循环系统的转速代替传统控制中的组件出口温度来控制混合腔温度,避免系统出现结冰等现象时组件出口温度传感器测量不准确引起的系统故障。     

永磁同步电机速度控制器的全数字化集成

基于现场可编程门阵列(FPGA)设计了具有Anti-windup策略的速度控制器用于永磁同步电机伺服控制系统,并给出了相应的集成设计方法。该方法通过单片FPGA实现永磁同步电机的全数字集成控制。采用FPGA的嵌入式Nios II核完成速度环控制策略,通过FPGA的并行硬件电路实现了高速电流环控制器。为了解决速度给定较大时产生的控制器积分饱和问题,设计了具有Anti-windup策略的PI速度控制器用于有效地减小转速超调量,缩短调节时间。实验结果表明:与PI控制器相比,使用这种速度控制方法可使永磁同步电机最大转速跟踪精度提高10r/min,且具有良好的动态性能和稳态精度。提出的设计方法满足永磁同步电机伺服控制系统的设计需要。