Kalman滤波在单神经元PID控制中的应用

针对单神经元PID控制器包含输出噪声, 从而导致控制性能下降的问题, 提出一种基于Kalman滤波理论的改进单神经元自适应PID控制算法. 该算法通过引入状态空间的概念, 采用时域上的递推方法进行数据滤波, 控制对象的输出值经过Kalman滤波算法处理后再返回闭环控制系统. 实验结果表明, 改进算法能有效消减控制系统的输出噪声, 接近于无噪声的理想状态, 提高了控制性能.     

基于滑模变结构和高增益状态观测器的直流电机位置控制

针对直流电机位置跟踪控制,提出一种基于高增益状态观测器的直流电机位置滑模控制算法.首先建立直流电机状态空间表达式;然后设计高增益状态观测器,观测直流电机的速度和电流及其导数信号,选取合适的极点保证观测器的准确性和稳定性;最后改进滑模变结构控制算法的指数趋近律,在只采用位置传感器、电流和速度及其导数信号通过状态观测器得到的情况下,实现直流电机的位置跟踪控制,使控制系统具有较好的控制性能且易于硬件实现.对比传统滑模和PID算法,验证了该算法的有效性.     

三相UPS输出电压的一种新型控制方案

为了提高UPS电源输出电压波形质量,建立了带隔离变压器的三相UPS状态空间解耦模型.根据PID控制的快速响应性和重复控制的无静差跟踪特性,提出了一种新型的三相UPS输出电压重复控制与PD复合控制的方案,并对控制系统进行了稳定性分析.改进型重复控制器结构简单,易于实现.试制了30KVA三相UPS样机,主控制器为32位DSP TMS320F2812.实验结果表明了在线性和非线性负载情况下,系统均具有良好的稳态和动态特性,输出电压总谐波畸变(THD)较小.     

模型算法控制的状态空间形式及算法改进

本文提出一种用被控对象的脉冲响应(或单位阶跃响应)时间序列描述系统的状态空间形式,进而将线性系统理论中的状态观测器和卡尔曼滤波器应用于模型法控制中,使得模型算法控制系统性能获得明显改善,而且大大减少控制在线计算量,最后给出一个液位控制系统的实验结果。     

一种应用于单电感双输出降压型数字直流-直流变换器的双模PID补偿器

设计了一种应用于单电感双输出降压型数字直流-直流变换器的新型双模PID补偿器,该PID补偿器基于数字重设计方法实现,同时针对数字PID的非理想效应作出改进,优化了负载发生连续剧烈跳变时的动态响应特性.所提出的双模PID算法,已通过Virtuoso仿真验证,相对于没有采用双模控制方式的PID,输出电压下冲减小60%,恢复时间缩短50%.该补偿器已成功应用于输入5V,输出1.2V/2.5V,开关频率4MHz的单电感双输出降压型数字直流-直流变换器.     

梯度算法在转子时变控制中的应用

为了解决转子变刚度控制中因参数变化导致瞬态响应问题，采用梯度算法，计算出抑制转子瞬态的响应所需的控制力，设计了时变系统的反馈控制和状态观测器，构造出转子系统控制模型，并对一特定转子系统进行了设计。系统仿真结果表明，该算法设计的反馈控制可有效地减小转子瞬态响应幅值。     

基于CPSO的PID算法在LLC变换器控制中的应用

在LLC谐振变换器控制系统中,由于PID控制器参数的整定直接影响控制系统的性能,本文利用混沌粒子群优化算法对变换器的数字PID控制器参数进行了整定。并利用MATLAB软件进行建模仿真实验,最后通过分析几种算法整定PID参数的结果,结果表明该算法操作简单,响应速度快,调节时间短,无超调,其控制品质明显优于遗传算法和标准粒子群算法,具有更好的优化效果。     

未知输入观测器组的航空发动机分布式控制系统传感器解析重构控制

针对具有控制时延和未知干扰的航空发动机分布式控制系统,提出了一类基于未知输入观测器组的传感器解析重构控制方法。每一未知输入观测器与传感器一一对应,其输入为控制量和其他传感器信息,输出即为对应传感器发生故障时的重构信号。以航空发动机小偏离状态空间模型为研究对象,推导了用线性矩阵不等式表示的未知输入观测器存在的充分条件,当给定控制器增益时,可求解出任一未知输入观测器的参数矩阵,通过迭代即可设计出所有未知输入观测器。仿真表明:当传感器发生故障时,采用观测器的估计值代替故障传感器的信号作为状态反馈,在不同的干扰作用下,系统均具有较好的动态响应,观测器能对外部干扰完全解耦,且不受故障传感器影响,能对故障传感器实现有效重构。     

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.     

定量反馈在导弹飞行控制中的应用

研究定量反馈理论(QFT)在导弹飞行控制中的应用,结合自抗扰控制(ADRC)算法对某型号导弹的飞行控制系统进行了设计.通过仿真和鲁棒性验证,以及对PID控制算法和自抗扰控制算法的分析比较,表明设计出的控制系统具有很好的响应特性和鲁棒性.ADRC输出响应的超调小于PID控制,但快速性略差于PID控制.采用ADRC算法设计导弹纵向控制系统的高度保持回路可以得到良好的跟踪效果,其中对升降速率的跟踪几乎没有超调,显示了良好的动态性能和稳态性能.      

基于NN-PID算法的变风量空调系统空气品质控制

目的针对典型会议室环境,基于需求控制通风策略,对变风量中央空调系统房间空气品质控制进行研究。方法以典型的会议室环境为研究对象,分别建立空调新风系统模型及房间CO2浓度模型;设计NN-PID(神经网络-PID)算法,并进行控制与仿真;在变风量空调实验平台上进行验证。结果所设计的NN-PID算法能有效利用神经网络训练过程,在线自整定PID参数,控制效果优于传统PID算法。结论根据室内CO2浓度变化控制新风量,能很好地适应室内CO2浓度的动态特性,提高室内空气品质。     

模糊控制算法在温度控制系统中的研究

本文结合电加热炉的控制特性,分析了传统PID算法控制器和模糊逻辑控制器的优缺点,并根据智能控制理论的前沿研究,选择了模糊PID复合控制(Fuzzy-PID)来实现对电加热炉这一数学模型为双输入双输出系统的智能控制。根据实际温控系统的要求,设计出一种PID控制与模糊控制相结合的智能控制系统,具备一定的自适应控制能力,因而特别适用于难于用精确数学模型描述的温度控制系统,有较强的稳定性和鲁棒性。     

船舶航向非线性迭代滑模变结构PID控制

针对一类不确定非线性受扰动系统,提出非线性迭代滑模变结构PID控制方法.通过对系统输出迭代设计非线性滑模函数,并引入传统PID控制,综合了滑模变结构控制与PID控制的鲁棒性强的特点,避免了传统PID控制积分引起的超调以及变结构控制的抖振问题.设计了船舶航向控制器.仿真结果表明,非线性迭代滑模变结构PID控制下的系统阶跃响应超调明显减小,定常干扰下的静态误差得到消除,稳定时间明显缩短并可通过设计参数调节,表明控制算法具有强鲁棒性.     

碳纤维激光石墨化炉温度控制系统的优化设计

碳纤维激光石墨化加热具有热源集中、升温迅速的特点，石墨化炉的温度控制系统主要采用传统PID控制器，存在惯性大、超调严重等缺点，并且PID控制器的3个参数(比例系数k_p、积分系数k_i和微分系数k_d)固定且主要依据经验获取。对于没有精确数学模型的PID控制系统，可以采用模糊控制对控制策略进行优化，但是模糊算法中模糊规则表的制定依旧主要源于经验所得，无法保证当前规则为最佳规则组合。针对上述问题，提出一种基于遗传算法的优化策略，对模糊规则表寻找全局最优解；借助MATLAB和Simulink环境进行编程仿真，结果表明，基于遗传算法的模糊PID控制效果在整体上优于传统PID控制和模糊PID控制，其响应时间短，控制精度高，无超调量，可用于碳纤维激光石墨化炉的温度控制系统设计。     

基于增广状态空间法的稳定平台离散模型预测控制

针对旋转导向钻井稳定平台存在的摩擦问题,提出了将增广状态空间模型与模型预测控制相结合的稳定平台离散预测控制算法,以提高平台系统的控制精度和稳定性.建立了带摩擦的稳定平台广义被控对象的数学模型,以增广形式的状态空间模型为基础,结合滚动时域控制原则,通过对稳定平台离散模型的状态空间形式进行增广变换,设计了增广状态空间模型下的预测控制器.仿真结果表明,稳定平台预测控制系统保证了钻井工程对控制精度和动态特性的要求,并且对有摩擦干扰力矩及模型参数摄动具有较强的鲁棒性.     

适用于DC/DC 变换器的预测函数控制优化策略

针对使用预测函数控制(Predictive Function Control, PFC)的 DC / DC 变换器在负载切换时产生的扰动对变 换器响应速度有较大影响的问题,提出通过设计观测器观测扰动来优化预测函数控制算法的控制效果;相对于其 他提高系统抗扰动的方法,通过设计观测器来提高变换器抗扰动的方法的优点是实现简单、优化后控制效果好等; 设计 Luenberger 观测器对负载切换时产生的扰动进行观测,将观测值反馈给预测函数控制算法进行最优化分析, 并结合仿真结果对目标函数进行调整,优化后的目标函数能更好地响应扰动并尽快达到稳态;最后将优化后的控 制算法与 PI 双闭环控制方法进行比较,结果显示优化后的控制算法在受到扰动后比双 PI 控制方法动态性能更 好,实现了应对负载切换时提高系统动态性能的目标,增强了 DC / DC 变换器的抗干扰能力;优化后的算法只考虑 了负载切换时的扰动对于系统其他方面的扰动没有考虑进去,可以通过设计整个系统的观测器来进一步提高 DC / DC 变换器抗扰动的能力。     

基于粒子群优化算法的PID液位控制

文章针对双水箱液位串级控制系统,为其主调节器设计了一种基于粒子群优化算法的参数自整定PID控制器,并在过程控制试验平台上利用MCGS组态软件加以实现;实验结果表明,新的控制器较常规PID控制器响应速度快,超调小且调节时间短,系统的性能得到明显改善.     

基于BP神经网络的船舶航向智能PID控制研究

针对船舶航向控制非线性的特性,以船舶航向运动一阶KT模型为研究对象,设计了基于BP神经网络的自整定PID算法航向控制器。将传统PID与BP神经网络结合,对被控对象由BP神经网络进行辨识,给出PID控制参数,由PID控制算法进行控制并优化收敛速度。根据真实渡轮船舶特征参数,利用MATLAB/Simulink仿真软件建立船舶航向运动控制系统模型。仿真结果表明,基于BP神经网络的PID控制系统超调小、鲁棒性好,可长时间稳定工作,几乎无稳态误差,控制算法的实用性以及动态控制系统的优越性得到验证。     

基于HSIC的串级三冲量锅炉汽包水位控制系统

在对串级控制系统优点和PID与HSIC算法对比研究基础上,提出了主控制策略采用基于HSIC的锅炉汽包水位调节串级三冲量控制方案.研究了汽包液位控制的难点、锅炉水位三冲量系统结构、控制策略选取及HSIC控制算法.系统仿真研究指出主调节器使用HSIC的动态、静态控制品质比采用PID调节器控制的效果更好.系统初步调试表明:在串级三冲量锅炉汽包水位控制系统中的主调节器采用基于HSIC的控制更具实用价值.     

基于变论域模糊PID的航空转台控制系统研究

航空转台是进行地面仿真的关键设备,其控制系统的随动性对地面仿真结果有很大影响。围绕航空转台的控制结构和算法策略,提出使用粒子群优化算法迭代寻优以保证论域最佳的变论域模糊比例积分微分(proportion integral differential,PID)控制策略。以MATLAB作为仿真环境,分析本文所提算法策略的优化效果,仿真结果表明该控制策略相较于常规PID的时间乘绝对误差积分准则(ITAE)指标有显著提升。搭建以可编程多轴运动控制卡(programmable multi-axes controller,PMAC)控制器为核心的航空转台实物测试系统进行算法验证,实验结果表明,基于变论域模糊 PID的航空转台控制系统可使航空转台的控制精度得以显著提升,超调量更小,调节时间更短,同时具备实用性,极大地提高了航空转台控制系统的随动性。