Riemann-Liouville分数阶图像增强算法及其电路实现

为了解决整数阶微分对图像纹理增强效果不明显及Grümwald-Letnikov（G-L）微分后会使RGB彩色图像边缘色彩失真的问题,提出了一种Riemann-Liouville（R-L）分数阶图像增强算法并讨论了该算法的电路实现.从R-L定义出发,推导出分数阶微分方程,构造了数字图像8个方向上的0~1阶分数阶微分模板并讨论了其数值运算规则,在此基础上构造并实现了数字图像的R-L分数阶微分电路,并在HSI空间对I分量进行分数阶微分实现彩色图像增强.实验结果表明,该算法能比较明显地增强图像的纹理和边缘细节,增强后的图像清晰度和对比度提高,图像视觉效果明显,具有非线性增强灰度图像和彩色图像的复杂纹理特征及边缘信息的独特优势和良好效果.     

光伏逆变器无源分数阶滑动模态控制器设计

设计了光伏逆变器无源分数阶滑动模态控制器(Passive Fractional-Order Sliding-Mode Controller, PFSMC)来实现不同运行条件下的最大功率跟踪。首先,基于跟踪误差构建储能函数,保留系统阻尼有益项以提高跟踪速率,并完全补偿其他的系统非线性以实现全局一致的控制性能。随后,引入分数阶滑动模态控制(Fractional-Order Sliding-Mode Control, FSMC)作为附加控制输入对储能函数进行能量重塑以提高光伏逆变器的动态响应性能,同时分数阶滑动模态的引入可大幅提高闭环系统的鲁棒性。为验证所提控制器的有效性,进行了两种算例研究,即光照强度变化和电网电压跌落。仿真结果表明,PFSMC与常规PID控制、无源控制(Passivity-BasedControl,PBC)和FSMC相比,其能在各类工况下实现最快的动态响应以及最低的超调量。最后,基于d Space的硬件在环实验(Hardware-in-the-Loop, HIL)验证了所提算法的硬件实现可行性。     

基于教与学算法的SRM转矩分配函数优化及控制研究

针对开关磁阻电机(SRM)换相阶段转矩脉动严重问题,提出基于教与学算法的转矩分配函数优化策略。以开通角、关断角、换相重叠角为寻优对象,输出转矩跟随参考转矩能力为评价指标,结合转矩分配函数与直接瞬时转矩控制,构成转矩闭环。为提升系统动态性能,转速环采用分数阶滑模控制方法,将其输出作为转矩环参考转矩。仿真实验结果表明,经教与学算法优化后,转矩可在相绕组换相阶段平滑过渡,且输出转矩脉动得到明显抑制;分数阶滑模较PI控制而言,系统转速迅速进入稳态,且上升过程无超调,有利于提升系统动态特性。     

基于分数阶微分的金属橡胶迟滞非线性动力学模型

金属橡胶元件的应力应变关系为非线性滞回曲线,现有的金属橡胶动力学模型大多采用多参数、分段函数进行描述,增加了系统的复杂性。通过分析金属橡胶的弹性恢复力和阻尼力的组成,利用分数阶微分能够描述各种材料及过程记忆性的特点,提出一种含有分数阶微分的金属橡胶黏弹性本构模型,在此模型基础上建立了金属橡胶非线性动力学系统模型;通过正弦位移加载实验获取了典型金属橡胶隔振系统在多种激励幅值、频率作用下的恢复力;采用遗传算法对实验数据进行曲线拟合,识别出模型中所有参数;通过分析推导出系统模型中各参数与振幅及频率的函数关系。结果表明,所提出的含分数阶微分项的金属橡胶非线性动力学系统模型,具有连续的数学表达式,能够较准确地反映金属橡胶非线性系统的完整动力学性能,而且与现有金属橡胶动力学系统模型相比,参数较少,结构简单,为金属橡胶动力学系统的研究提供了新的思路。     

分数阶超混沌Lorenz系统及同步研究

基于分数阶微积分的Adams—Bashforth—Moulton一步方法与预估-校正算法,研究了分数阶超混沌Lorenz系统,并进行了数值仿真。结果表明：该系统存在超混沌的最低阶数为3．88阶。利用一步耦合法给出了分数阶超混沌系统的同步,并利用数值模拟验证其准确性。     

一种新的分数阶微分的图像边缘检测算子

为了提取出更加精确和细微的边缘信息,同时为了具有更好的抗噪性能,提出了一种新的分数阶微分梯度算子。根据Riemann-Liouville分数阶微积分定义,推导出了非整数步长的分数阶微分方程,并采用拉格朗日插值方法确定非整数步长像素点的灰度值,进而构造出八个方向的微分掩模,实现了图像边缘检测。实验表明,该方法更好地利用了图像的自相关性,比传统的边缘检测算子能更好地提取图像边缘细节,且对噪声具有更好的鲁棒性。     

分数阶混沌系统数值解析与电路仿真研究*

针对如何分析分数阶混沌系统的问题,基于改进的Adams-Bashforth-Moulton算法,研究了一个新三维分数阶混沌系统的数值解析方法,采用MATLAB软件平台,获得了该系统在不同分数阶时生成的混沌吸引子。基于频域近似法,采用RC串并联电路设计了分数阶单元电路,由一个模拟电路实现了所提出的分数阶混沌系统。电路仿真与数值解析结果一致,表明了所提出的两种分析方法是可行的,并证实了该分数阶混沌系统也有着复杂的非线性物理现象。     

分数阶系统频域辨识算法

分数阶微积分提供了一个很好的工具来描述一些复杂的实际系统,比整数阶模型更简洁准确.针对分数阶系统建模问题,阐述了一种同元次分数阶系统频域辨识的极大似然算法.为此首先简要地介绍了同元次分数阶系统的传递函数表达形式,然后在此基础上推导了分数阶系统频域极大似然算法,利用拉格朗日法证明了似然函数和代价函数的等价性,从而将辨识问题归结为一等价的优化问题,并进一步对采用Gauss-Newton优化计算方法进行了讨论.最后通过仿真实例验证了其有效性.     

一种改进的永磁同步电机分数阶速度控制器

为了实现永磁同步电机伺服系统的高性能速度控制,针对现有分数阶PI(FO-PI)控制器设计中存在的截止频率有效范围有限的问题,在频域设计的基础上,提出一种改进的分数阶控制器,在FO-PI基础上引入校正传递函数,保持分数阶控制性能的同时拓展控制器截止频率的选取范围,并设计三维作图法实现改进控制器的参数整定。最后通过仿真实验来验证改进分数阶速度控制器的有效性。仿真实验结果表明,所提出的改进分数阶速度控制器可以满足更高截止频率的要求,较传统FO-PI及整数阶PI控制器,可以提高速度控制的跟踪性能、动态性能和抗扰动性能。     

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...