基于分数阶PDμ控制器的车辆方向控制

在分数阶微积分及分数阶PIλDμ控制器的基础上,给出了一个带有分数阶PDμ控制器的车辆方向控制算法,设计了一种基于预瞄-跟随理论的分数阶PDμ控制器的在线整定方法,并对带有分数阶PDμ控制器和带有整数阶PD控制器的驾驶员-车辆系统进行了综合性能评价.结果表明,分数阶PDμ控制器在闭环系统中是有效且可靠的,分数阶控制器的使用使驾驶员-车辆系统的性能有了明显的改善.     

异步电机全分数阶矢量控制系统的设计与实现

为实现异步电机的高性能控制,提出了一种基于全分数阶PIλDμ控制器的矢量控制系统设计方法。根据分数阶控制器的数学特征,确定矢量控制系统中分数阶电流环控制器和分数阶电压环控制器的形式;根据相位裕量、幅值及增益鲁棒性准则求出分数阶控制器的参数;在数值仿真中,采用Oustaloup递归滤波器来实现分数阶算子的近似和有理化,对比了同样设计标准下整数阶控制器和分数阶控制器在横转速、转速变化和负载突变下的动态性能。对所提控制方法进行了实验验证,结果表明:相较于采用整数阶PID控制器系统,采用电流转速双闭环全分数阶PIλDμ控制器系统的跟随性能和抗扰性能更优,使用分数阶的矢量控制系统能使阶跃响应的超调量和调节时间分别下降24.84%和7.35%,在输入变化的系统中分数阶的动态降落为整数阶的22.5%。研究结果表明,所提分数阶控制器的设计方法可用于异步电机高性能矢量控制系统。     

梯形区域极点配置静态输出反馈可靠控制

针对线性系统,考虑连续增益故障模型,研究了具有执行器故障的梯形区域极点配置的静态输出反馈可靠控制问题。首先,在执行器无故障的前提下,给出使极点能够配置在梯形区域内的充分条件,进而得出系统的静态输出反馈可靠控制率。然后,基于执行器故障,重新设计静态输出反馈可靠控制器,利用求解线性矩阵不等式的方法,完成静态输出反馈可靠控制器的设计。由此可靠控制器构成的闭环系统,使得当执行器发生故障时,也可使闭环系统的所有极点保持在梯形区域内。最后的数值仿真验证了结果的有效性和可行性。     

扇形区域极点配置静态输出反馈可靠控制

针对线性系统,考虑连续增益故障模型,研究了具有执行器故障的扇形区域极点配置的静态输出反馈可靠控制问题.首先,在执行器无故障的前提下,给出使极点能够配置在扇形区域内的充分条件,进而得出系统的静态输出反馈可靠控制率.然后,基于执行器故障,重新设计静态输出反馈可靠控制器,利用求解线性矩阵不等式的方法,完成静态输出反馈可靠控制器的设计.由此可靠控制器构成的闭环系统,使得当执行器发生故障时,也可使闭环系统的所有极点保持在扇形区域内.数值仿真验证了结果的有效性和可行性.     

磁悬浮球系统的分数阶滑模控制

针对磁悬浮球系统存在着严重非线性和不确定性问题,提出了一种分数阶滑模控制方案。为了消弱传统滑模控制中的抖振现象,将传统滑模控制器中整数阶滑模面函数采用分数阶PDμ结构设计,结合等速趋近律给出分数阶滑模控制器的设计方法,利用Lyapunov稳定性理论证明了该控制方法的稳定性,并采用Tustin算法和连分式展开法,实现了分数阶滑模控制器的离散化。仿真和实验结果表明:分数阶滑模控制不但使磁悬浮球系统具有较好的跟踪性能,而且对外部扰动具有较强的鲁棒性。     

不确定线性系统区域极点配置静态输出反馈可靠控制

对含有状态不确定项的线性系统,在连续增益故障模型的基础上,提出带有执行器故障的圆形区域极点配置的静态输出反馈的可靠控制问题.首先给出了在不考虑故障时设计控制器使系统保持渐近稳定的充分条件;然后讨论了对于同一系统同一控制器在考虑执行器故障时系统出现不稳定;接下来,针对同一故障模型重新设计静态输出反馈控制器使系统在发生故障后仍保持渐近稳定.利用线性矩阵不等式(LMI),在考虑执行器故障模型的基础上,给出了圆形区域极点配置的静态输出反馈的可靠控制器存在的充分条件.仿真结果进一步说明当系统发生故障时,正常控制的闭环系统极点可能离开所给定的圆形区域,而可靠控制的闭环系统仍然会保持极点在给定的圆形区域内,从而看出对系统进行极点配置的静态输出反馈的可靠控制的必要性.     

基于分数阶微积分的风力发电机的变桨距控制方法研究

在分数阶微积分理论的基础上,研究了风力发电机变桨距液压控制系统控制策略,并运用Matlab的Simulink工具仿真,分析各个控制策略对风力发电机的变桨距液压控制效果。仿真结果表明,与整数阶PID控制器相比,该系统在分数阶PIλDβ控制器控制下整个闭环系统具备较好的动、静态性能,说明分数阶PIλDβ控制器控制性能的优越性。     

电机分数阶PI控制及DSP实现

为了提高永磁同步电机的转速控制性能,引入分数阶控制器.针对永磁同步电机电流和速度的双闭环系统,建立电机模型并推导其传递函数;根据Flat Phase原则,在电机速度环中设计分数阶PI~λ控制器,对分数阶控制器和整数阶控制器分别进行多种转速试验对比.试验结果表明,分数阶PI~λ控制器的控制效果要优于整数阶PI控制器,降低了电机转速的均方根误差,提高了电机的转速控制精度.     

双闭环直流调速系统的分数阶PIλ控制

分数阶PIλDμ控制算法有助于比较新的、控制性能比较高的控制器。将分数阶PIλ算法应用到双闭环直流调速系统的速度控制器中,利用粒子群优化算法确定分数阶PIλ控制器的最优的Kp、Ki和λ参数;并和整数阶PI控制器进行比较。通过Matlab/Simulink仿真验证了分数阶PIλ控制器的稳定性、跟随性能、抗扰动性能都优于普通整数阶PI算法,同时验证了粒子群优化算法参数整定的有效性。     

基于神经网络优化算法的分数阶PI~λD~μ控制

针对传统的PID控制器控制效果欠佳以及分数阶PI~λD~μ控制器参数复杂难以整定的问题,设计了一种基于误差反向传播(Back propagation, BP)神经网络算法的分数阶PI~λD~μ控制器。首先,将分数阶PI~λD~μ控制器数字化,然后通过BP神经网络算法调节突触权值,经调整后的输出量作为分数阶PI~λD~μ控制器的参数值,最后分别采用分数阶和整数阶作为被控对象进行实验仿真,仿真结果证明了神经网络分数阶PI~λD~μ控制器比传统PID控制器的具有超调量小、上升时间快、稳定性好的优点。     

基于扇形区域极点配置的静态输出反馈H_∞控制

针对线性定常系统,研究了扇形区域内极点配置的静态输出反馈H_∞控制问题。设计能够达到H_∞性能指标且符合区域极点配置要求的静态输出反馈控制器,以解决外部的扰动和区域对极点的限定问题;利用求解线性矩阵不等式组的方法,将具有H_∞指标约束和区域极点配置要求的静态输出反馈控制器设计问题转化成求一组线性矩阵不等式的可行解问题,借助MATLAB-LMI工具箱进行有效求解,得到了符合要求的可靠控制率,完成了扇形区域内H_∞静态输出反馈控制器的设计(其中的H_∞控制器为次优H_∞控制器)。所得结论不仅能使极点配置在给定的扇形区域内,也能够使闭环系统保持稳定性且达到给定的H_∞性能指标,从而保证了系统的性能,实现了期望的闭环极点。最后的数值仿真验证了本文结果的有效性和可行性。     

基于无源性的分数阶控制在起重机防摆中应用

利用欧拉-拉格朗日方程建立了桥式起重机系统的动态模型,通过对系统进行无源性分析,构造了控制Lyapunov能量函数,设计了一种无源分数阶控制器,并研究了最佳的分数阶阶次应用区间,该控制器实现了小车的快速定位和负载防摆的效果,相比以往的无源PD控制器,提高了系统的鲁棒性和动态性能。仿真结果验证了所提控制方案的有效性。     

基于HPSO优化的磁悬浮系统分数阶控制

针对磁悬浮系统的非线性以及开环不稳定的特点,提出一种分数阶PI~λD~μ控制器控制磁悬浮系统的方法.首先建立系统的数学模型,然后设计分数阶PI~λD~μ控制器,并建立控制系统的仿真模型,最后应用遗传算法与粒子群算法相结合的混合粒子群算法优化分数阶PI~λD~μ控制器的k_p、k_i、k_d、λ、μ参数,采用改进的误差绝对值时间积分函数作为优化目标,对系统进行多种信号的仿真跟踪.结果表明,分数阶PI~λD~μ控制器收敛速度快,鲁棒性强,达到了预期的控制效果.     

不稳定时滞过程的分数阶PI~λD~μ控制器设计

针对不稳定时滞过程,研究了一种基于设定值加权的分数阶PIλDμ控制器设计方法。首先采用比例环节构成内环反馈镇定不稳定时滞过程,然后基于等效的过程模型,依据设定值加权方法设计分数阶PIλDμ控制器,并进行了控制器参数整定。仿真结果表明:用此方法设计得到的分数阶PIλDμ控制器可以使系统获得良好的动态响应特性,干扰抑制特性以及克服系统参数变化的鲁棒性。     

一种异结构分数阶混沌系统的同步滑模控制器设计

针对分数阶混沌系统异结构的同步问题,基于滑模控制理论和自适应控制理论设计了一个具有较强鲁棒性的分数阶积分滑模面,提出了一种自适应滑模控制器以实现三维分数阶混沌系统的异结构同步.同时,利用所设计的控制器实现了分数阶Liu系统与分数阶Arneodo系统的异结构的滑模控制同步,以及分数阶Chen系统与分数阶Liu系统的异结构混沌系统的滑模控制同步.数值模拟结果表明,所设计的控制器具有较好的有效性和可行性.     

不确定分数阶Genesio混沌系统的反演滑模同步

针对带有参数不确定与外部扰动的分数阶Genesio-Tesi混沌系统,采用反演控制和滑模控制相结合的策略,设计了一种新的分数阶反演滑模控制器,实现了此类分数阶混沌系统的同步问题。首先,基于反演设计方法给出子系统的李雅普诺夫函数和虚拟控制量;其次,在反演设计过程中引入滑模变结构控制策略,基于李雅普诺夫稳定性理论,设计能够使分数阶驱动Genesio系统与分数阶响应Genesio系统全局渐近同步的分数阶反演滑模控制器。所设计的控制器为单一控制器,在实际应用中与多输入控制相比更易于实现系统的同步。最后,通过数值仿真验证了所设计的分数阶反演滑模控制算法对于参数不确定与外部扰动的鲁棒性及控制器设计方法的有效性。     

基于数据的多模型分数阶PID控制方法

针对复杂非线性系统,将多模型建模与分数阶PID控制相结合,设计了一种完全基于输入-输出数据的多模型在线建模控制方法.首先,利用输入-输出数据对非线性系统进行在线多模型建模;然后,针对所建立的多个局部模型,基于加权控制方式设计分数阶PID控制器.该方法将对系统的建模与控制器的设计包含在一个控制系统设计框架以内,对系统模型的不确定性具有更好的鲁棒性,仿真实验的结果表明了该方法的有效性.     

一类分布式分数阶反应扩散系统的边界反馈镇定

研究了一类分布式分数阶反应扩散系统的边界反馈镇定问题。首先分析了目标系统的稳定性,并运用backstepping方法得到了系统的状态反馈控制器和具体的核矩阵函数表达式,使所研究的系统镇定。在此基础上,考虑了异位和同位两类输出测量,并分别设计出相应的观测器和输出反馈控制器,最终实现闭环系统的渐近稳定。     

基于小波神经网络的分数阶PIλDμ控制器的设计

目前分数阶PIλDμ控制器参数整定的方法很有限,为了研究分数阶PI λDμ控制器的控制效果,在小波神经网络的基础上提出了分数阶PIDμ控制器的设计原理,然后利用MATLAB进行仿真,通过仿真结果证明了该策略的有效性,同时通过比较说明采用分数阶PIλ Dμ控制器比采用传统PID控制器能获得更好的控制效果.     

含分数阶导数阻尼的线性振动系统的稳定性

我们讨论了两部分内容： 含分数阶导数阻尼的单自由度线性振动系统的稳定性和受分数阶状态反馈控制的线性振动系统的闭环稳定性. 首先从稳定性分析的角度研究了线性振动系统的阻尼表示, 严格证明了介于0和2之间的任意分数阶导数项都可以起到阻尼作用. 进而又研究了采用分数阶控制器来调节线性振动系统的闭环稳定性, 给出了确定控制增益的一般步骤使闭环系统具有渐近稳定性, 得到了分数阶对稳定性增益区域的影响规律. 和经典的速度反馈只能调节阻尼的大小不同, 分数阶状态反馈不仅可以调节阻尼力, 也调节弹性恢复力. 稳定性切换是我们理论分析的主要思路和方法, 研究表明, 它是研究含分数阶导数动力系统稳定性的一种普遍有效的方法.