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。     

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。     

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。     

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。     

基于分数阶PI~λ控制器的单容水箱液位控制

讨论分数阶PIλ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PIλ控制器的设计方法.研究了PIλ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PIλ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PIλ控制器的优越性.     

基于可调分数阶PI~λD~μ的无刷直流电动机转速控制器设计

根据模糊匹配规则,利用MATLAB/Simulink软件设计了模糊可调分数阶PIλDμ控制器模型,分别与整数阶PI、分数阶PI~λD~μ控制器模型对无刷直流电动机转速控制效果进行了对比.结果表明:模糊分数阶PI~λD~μ控制器响应更快速、更精准,抗负载扰动能力更强.     

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。     

基于敏感传递函数的分数阶PI~λ控制器的参数整定

讨论一种基于敏感传递函数的分数阶PIλ控制器的参数整定方法.根据敏感传递函数的定义,采用代数方法,对固定的PIλ控制器的积分阶次,在比例增益和积分增益参数平面上,按敏感传递函数的界进行PIλ控制器的参数整定.该敏感传递函数的界与系统的幅值裕度和相角裕度直接相关,给出了系统相对稳定性的信息.仿真实例表明,利用该方法设计的PIλ控制器具有良好的动态性能和鲁棒性.     

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.     

基于分数阶控制的液压加载系统设计与仿真

针对车辆转向系统的液压力加载测试系统,建立传递函数模型.用时间乘以误差绝对值积分的ITAE性能指标作为评价准则,通过Matlab计算出适用于系统的最优PID控制器控制参数.使用FOMCON工具包创建分数阶PIλDμ控制器.对积分和微分环节选取分数阶参数阶次λ和μ,通过调节微分和积分环节的阶次观察对分数阶控制器的影响.通过控制性能对比,发现阶次取值在0~1范围内,积分阶次对响应的影响要比微分阶次的影响更大.固定最优PID参数,求得λ和μ最优值.仿真表明,其精度满足技术要求,分析系统伯德图可知系统工作稳定,冗余储备高.     

基于QPSO分数阶PI~λD~μ的纯电动汽车调速系统研究

为了获得比传统整数阶PID更好的控制性能,本文结合量子粒子群(QPSO,Quantum Particle Swarm Optimization)算法和分数阶微积分理论提出一个分数阶PIλDμ控制方法.通过QPSO优化算法对分别采用整数阶和分数阶PID控制器的目标函数的KP,KI,KD参数进行优化,并将结果导入电动汽车调速模块中进行验证.仿真结果表明,经过QPSO算法优化后的分数阶PIλDμ参数能够明显改善纯电动汽车的调速性能,并使驱动系统的响应速度更快、稳定性更好.     

基于BP神经网络和分数阶PIλDμ的VIENNA整流器控制策略

为了解决传统PI控制器调节速度慢,追踪性能差等问题,文中提出了BP神经网络和分数阶PIλDμ(BP-FOPID）相结合的控制方法。本文首先根据VIENNA整流器的拓扑结构推导出数学模型。接着根据数学模型设计双闭环控制,其中外环采用BP 神经网络对参考电流进行非线性拟合,内环采用分数阶PIλDμ控制器对外环输出的参考电流进行跟踪。另外,由于直流侧上下桥臂电容电压会存在不平衡的问题,本文采用了计及小矢量的改进SVPWM调制策略。最后,在 MATLAB/Simulink 中建立相应的仿真模型,仿真结果表明,文中所提的BP-FOPID的有效性和优越性。     

基于伯德理想传递函数的分数阶PID控制器

针对分数阶系统,提出了一种基于伯德理想传递函数的分数阶比例-积分-微分(PID)控制器设计方法.首先分析了伯德理想传递函数的增益和分数阶微积分阶次分别与系统动态性能和鲁棒性之间的关系,然后将伯德理想传递函数作为参考系统,选择分数阶被控对象的阶次作为控制器中微积分阶次,并根据系统动态响应性能和鲁棒性调节增益K,简化了控制器参数的整定.仿真结果表明:所提方法不但设计简单,整定方便,而且具有较好的动态性能、干扰抑制特性,以及克服系统参数变化的鲁棒性.     

最优分数阶PIλDμ网络时延控制器

将分数阶控制理论应用于网络控制系统的时延研究当中,设计了适用于网络控制系统的分数阶最优PIλDμ控制器,并通过仿真实验将其针对固定时延和随机诱导时延的控制效果与整数阶最优PID控制器作了比较.实验结果表明,分数阶控制器和整数阶控制器在应用于对象为整数阶的网络控制系统时均能得到较为理想的效果,但分数阶控制器得到的阶跃响应的超调量更小、上升时间和调节时间也都相对更短,这说明最优分数阶PIλDμ针对网络时延具有更为理想的控制效果.     

离子聚合物-金属复合材料分数阶模型的建立与控制

IPMC是一类具有很好应用前景的电活性智能材料,但响应机理复杂且具有非线性限制了其开发与应用。分数阶控制是对传统整数阶控制理论的概括和补充,分数阶控制理论使得传统经典的PID控制理论更具有可模拟性和鲁棒性。为了准确地建立IPMC驱动器的模型并说明分数阶控制的优越性,首先建立了描述IPMC驱动器的整数阶模型和分数阶模型,然后比较两种模型的拟合精度,确定采用拟合精度更高的分数阶模型来描述IPMC驱动性能。针对IPMC分数阶模型设计了整数阶PI控制器和分数阶PIλDμ控制器。最后通过仿真分析可见,分数阶控制的上升时间更快,超调量更小,通频带更宽,可应用于控制IPMC的形变,证明了应用分数阶控制方法使得被控系统的性能得到了明显的改善。     

分数阶Boost变换器的两种预测电流控制

基于分数阶微积分理论以及实际电容和实际电感在本质上是分数阶的事实.首先,在建立Boost变换器的分数阶数学模型基础上,提出分数阶预测电流控制,设计预测控制器.其次,在考察分数阶Boost电路的电感电流波形的基础上,提出分数阶Boost电路整数阶预测电流控制.最后,依据分抗链及Oustaloup分数阶近似算法,得到了分数阶电感逼近电路,利用Matlab软件对所设计的控制器进行仿真验证.结果表明,分数阶预测电流控制下的超调最小,过渡时间最短,尤其是在抗负载扰动上的性能更佳.整数阶预测电流控制的性能虽然低于分数阶预测控制,但也有较好的控制性能.同时仿真结果验证了所提控制方法的可行性和有效性.     

基于IPMC的分数阶控制及参数整定

离子聚合物-金属复合物材料(ionic polymer-metal composite,IPMC)是一种人工肌肉材料,作为一种新型执行器非常适用于仿生机器人的开发.使用分数阶控制器可以提高对动态系统的控制能力.为了说明分数阶控制的优越性,并对拟合精度高的IPMC分数阶模型设计最优分数阶控制器.首先针对IPMC驱动器的分数阶模型分别设计了整数阶PID控制器和最优分数阶PI1Dm控制器.然后,比较分析控制效果可见分数阶控制的上升时间更快,超调量更小,证明了应用分数阶控制方法可以使得被控系统的性能得到明显改善.最后,针对分数阶控制器的各个参数的变化对系统的影响做了详细的分析,故而可以选择最优参数实现分数阶最优控制.     

锚杆钻车机械臂分数阶PI~λ控制器设计及仿真研究

以矿用锚杆钻车机械臂为研究对象,设计了基于分数阶PI~λ算法的空间位姿控制器。首先建立了机械臂每个关节处的阀控油缸的二次传递函数;其次推导出了PI~λ控制器的设表达式;然后对分数阶PI~λ控制器的参数K_i、λ对系统稳定性能的影响作了分析。最后将分数阶控制器和整数阶控制器进行比较,结果表明分数阶控制器在响应速度、调节时间、稳态精度方面都比整数阶控制器的控制效果更好。     

改进型预测函数在并联DC-DC中的应用

针对并联DC-DC开关电源主从模块电流分配精度不均以及面对负载扰动下动态性能、稳定较差等问题，提出一种基于主从均流的并联方法和将分数阶PID与预测函数（PFC）相结合的控制策略。对预测函数算法进行改进：首先，利用v步离散方法对BUCK变换器进行分段仿射建模（PWA）；其次，在保留预测函数控制基础上，引入分数阶PID思想，得到一个新的二次型指标函数；最后，将其与传统PI控制输出效果作对比，利用MATLAB仿真去检验分数阶预测函数（FOPID-PFC）控制策略的可行性和可靠性。仿真结果表明：提出的分数阶PID预测函数，在均流精度上比传统PI高，在面对负载加、减的情况下，超调量和调节时间分别降低了234mv、170 μs和221 mv、210μs，由此验证了BUCK变换器并联系统中，基于主从均流的分数阶预测函数控制策略总体性能优于传统PI控制，且主从模块的电流分配精度也满足预期设想。     

多指标约束的满意PI~λD~μ控制器设计

当前,对于分数阶PIλDμ控制器的研究基本都集中在稳定域分析或针对单一指标的参数整定,但在实际工业应用中,控制器的设计常常需要考虑多种因素,使控制系统同时满足多个性能指标,而各个性能指标之间往往存在竞争关系,很难取得平衡。针对这个问题,本文根据满意控制思想,提出了一种多指标约束的分数阶PIλDμ控制器的设计方法,讨论了在扰动衰减H∞指标、灵敏度指标以及控制代价指标约束下PIλDμ控制器参数满意解集的求取策略,并通过仿真验证了该方法是可行有效的。