Optimal robust control for linear feedback systems in the presence of plant uncertainty

This paper has investigated how the optimization methods can be used to deal with plant uncertainty in linear feedback control design. Firstly, we define a weighted sensitivity error function based on robust redesign. Then, by modifying the nominal controller to minimize the variance of the actual system performance from the desired performance over the whole frequency range, we obtain an optimal robust design method for a class of stochastic model errors. Moreover, the result can be used to give a good prediction to the achievable average tracking performance and control energy for practical system designs. The validity of obtained results can be illustrated by the simulation research.     

利用虚拟目标值的预见控制设计(英文)

研究了预见跟踪控制问题,即控制器可利用过去、现在和未来的信息来决定所施加控制量的大小．通常的作法是通过把未来预见信息加入控制量中来实现的．提出了一种不同的作法：利用未来目标值及系统的当前状态产生一个虚拟目标值,让系统转而去跟踪这个已被事先处理过的目标值信号,从而提高了系统的控制精度同时减少了控制所需的能量．数值仿真表明了这种方法的优越性．     

基于T-S模糊模型离散时间非线性网络系统的输出跟踪控制

研究离散时间非线性网络控制系统的输出跟踪控制问题,其中被控对象是由T-S模糊模型表示。利用非平行分布补偿技术和时滞输入方法建立跟踪控制模型。以线性矩阵不等式的形式给出隶属度函数偏差依赖的控制器存在的充分条件,保证闭环系统的给定跟踪性能。     

最优和最小能量最优跟踪问题

以广义逆矩阵的理论和Bellman动态规划方法为基础,给出了离散线性时变系统最优和最小能量最优跟踪问题的两种形式的解,对每一种情形,还给出了最小跟踪误差和最小控制能量的简洁表达式.     

一类非线性切换系统基于观测器的 H ∞ 输出跟踪控制

对一类非线性切换系统,研究了其基于观测器的H∞输出跟踪控制问题.借助微分中值定理,将非线性切换系统转化为线性参数切换系统.当状态变量不可测或不易测时,基于平均驻留时间方法,给出系统在基于观测器的反馈控制器以及满足平均驻留时间条件的切换信号下带有权重的H∞输出跟踪控制问题可解的充分条件.仿真实例证明了设计方法的有效性.     

一类离散时间非线性网络控制系统的跟踪性能分析

研究了一类非线性离散时间网络控制系统的跟踪性能分析问题,其中,非线性系统用离散Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型近似。考虑到网络传播的随机性,数据包丢失建模为Bernoulli分布的序列。因此,跟踪控制系统转化为带有随机参数的模型。基于平行分布补偿性(PDC)技术和随机稳定性理论,对跟踪性能分析提出新准则,且保证在修正意义下,非线性系统输出跟踪线性系统输出。     

多变量时变系统的自适应控制算法

本文针对多变量时变未知系统提出了一种自适应控制算法，该算法对全封闭式循环系统是稳定的．同时给出了所提算法的性质，得到了该算法可优化系统动态、稳定系统及实现关于给定信号的全跟踪的结果．该算法避免了多项式算子矩阵的伪交换，且计算量小，很容易在实际系统中实现．     

波能直驱互感耦合式开关磁阻发电机的最佳效率跟踪控制

以波浪能转换系统中功率变换器为载体,根据互感耦合式直线开关磁阻发电机(LSRMC)的结构特点及运行原理,以最大波能转换为目标,采用在线计算最佳开通关断位置的方法,研究了LSRMC的最佳效率跟踪控制,并通过有限元分析和实验结果相互比较的方法对控制效果进行了验证.结果表明,与开关位置未优化的情况相比,采用最佳功率跟踪控制的电机获得的效率更高,并改善了系统的运行稳定性.此控制方法简单、易实现,为LSRMC在波浪能发电工程应用领域的进一步发展奠定了基础.     

基于定子磁链轨迹跟踪的优化PWM高性能闭环控制

在低开关频率下采用优化脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM) 可获得较小的谐波畸变, 但将其直接应用于高性能闭环控制系统时会引起PWM 波形紊乱和系统过流. 给出了一组离线求解得到的特定谐波消除脉宽调制(selected harmonic eliminated pulse width modulation, SHEPWM) 开关角, 分析了将优化PWM 应用于高性能闭环控制系统会造成系统过流的原因. 深入研究了基于定子磁链轨迹跟踪的优化PWM 闭环控制方案, 给出了一种结合SHEPWM 特点的脉冲实时修正策略, 实现了采用优化PWM 的磁链轨迹跟踪高性能控制. 通过三电平逆变器异步电机驱动系统的仿真实验验证了该策略的有效性. 结果表明,驱动系统在200∽300 Hz的低开关频率下获得了较小的电流谐波畸变, 同时具有快速动态响应能力.     

交流伺服系统PFC-PID串级控制的仿真研究

为了提高交流伺服系统的跟踪性能,将预测函数控制（PFC）和PID控制相结合,提出了一种PFC-PID串级控制策略.内环采用PID控制来提高抗干扰性,把内环作为外环PFC控制的广义对象,对广义对象进行拟合简化,得到一阶加纯滞后系统,作为PFC的预测模型,外环采用PFC来获得良好的跟踪性能.通过仿真及与PID控制的比较表明,采用PFC-PID串级控制策略能够改善交流伺服系统的控制特性.     

泄洪闸门动态跟踪控制理论研究

从理论模型和计算方法上对水库泄洪闸门控制问题作了深入的探讨 ,提出了实际下泄流量动态跟踪优化过程的新模型 ,并以一次洪水优化调度计算出的优化泄水曲线为依据 ,建立能量损失函数 ,求解闸门启闭方案 ,制定闸门控制策略 .     

基于粒子滤波的前馈-反馈控制系统设计

针对状态目标跟踪过程的非线性非高斯噪声,提出了采用基于粒子滤波的前馈控制器,并对工业生产惯性和纯滞后过程提出了一种二自由度控制结构.在标称情况下,该控制结构的给定值响应和负载干扰响应是完全解耦的,可以分别通过调节给定点跟踪控制器和前馈滤波器来达到各自期望的控制性能指标.仿真实例验证了该控制系统的可行性和优越性.     

四旋翼水下机器人及其矢量角度测试实验分析

为提高水下机器人运行稳定性，降低综合能耗，研究一种矢量推进式四旋翼水下机器人，该机器人的四个水下推进器通过绕OY轴转动，形成矢量推进。针对数据野点问题，以及D/A模块输出误差问题，通过设计一种控制电压闭环缓变调节方法，防止因野点存在而烧毁舵机和推进器，同时减小方差，提高稳定性；通过试验法研究了矢量角度对水下机器人控制性能的影响规律。结果表明：矢量角度小于45°时，艏向定值跟踪实验中，响应速度较快，超调量较大，稳态误差较高，平均功耗较低；同频率艏向动态跟踪实验中，平均误差较高，平均功耗较低；变频率艏向动态跟踪实验中，平均功耗较低；深度定值跟踪实验中，响应速度较慢，超调量较小，稳态误差较低，平均功耗较高，同频率深度动态跟踪实验中，平均误差较低，平均功耗较高；变频率深度动态跟踪实验中，平均功耗较高。矢量角度大于55°时，各项控制性能指标与矢量角度小于45°时相反。可见矢量角度为45~55°时，为控制性能过渡区间。     

基于分数阶PD速度控制器的永磁同步电动机控制研究

为了实现交流永磁同步电机的高性能速度控制,提出一种能满足系统稳定性和鲁棒性要求的分数阶比例微分控制器。为评价该控制器的性能,将该控制器和采用最优化设计的整数阶比例积分控制器分别应用于同一系统进行了仿真和原型实验。结果表明:采用文中提出的分数阶比例微分控制器的系统响应速度、跟随性能和节能效果均优于采用整数阶比例积分控制器的系统。     

Reliable and Energy Efficient Protocol for Wireless Sensor Network

Low-power design is one of the most important issues in wireless sensor networks (WSNs) , while reliable information transmitting should be ensured as well. Transmitting power (TP) control is a simple method to make the power consumption down, but excessive interferences from potential adjacent operating links and communication reliability between nodes should be considered. In this paper, a reliable and energy efficient protocol is presented, which adopts adaptive rate control based on an optimal TP. A mathematical model considering average interference and network connectivity was used to predict the optimal TP. Then for the optimal TP, active nodes adaptively chose the data rate with the change of bit-error-rate(BER) performance. The efficiency of the new strategy was validated by mathematical analysis and simulations. Compared with 802.11 DCF which uses maximum unified TP and BASIC protocol, it is shown that the higher average throughput can achieve while the energy consumption per useful bit can be reduced according to the results.     

楼宇空调变水量冷媒水系统实时优化控制

为达到节能和优化系统控制的目的，在楼宇空调水系统及其局部控制仿真分析的基础上，针对变流量系统监测点和可调参数较多的特点，提出并验证了3个实时优化控制方案：根据初级和二级冷媒水流量的比率，实时优化多台冷水机组的启／停控制；利用AHU自动控制水阀的阀位信息，实时优化二级水泵的控制；利用AHU自动控制水阀的阀位信息以及二级泵的工作状况，实时优化冷水机组出水温度的控制．结果表明，同常规的控制方案相比，这3个优化控制方案不仅能够不同程度地达到节能的目的，而且还能够改善系统局部控制的特性．     

一种基于神经元控制的位置跟踪控制系统

针对位置跟踪控制系统的特点,探讨了一种单神经元自适应控制器,用于ＣＮＣ系统中的快速位置跟踪控制,并对控制器结构及参数对系统性能的影响做了信民真研究,为神经网络控制在ＣＮＣ系统中的应用,提出了一条的新可行方法。     

工业机器人结构与控制耦合的集成设计方法

 针对工业机器人伺服系统结构和控制分离设计误差较大的问题,提出一种基于结构-控制耦合的集成设计方法。以结构重量、跟踪精度和控制能量指标为目标函数,以稳定和快速跟踪性能指标为约束,同时考虑结构与控制的耦合,采用分步迭代策略消减误差,以实现工业机器人工作在最佳状态的目标。以两关节机器人设计为例进行MTALAB仿真实验,结果表明,应用基于结构-控制耦合的集成方法设计,伺服系统具有较好的鲁棒性,在时间调整、超调量消除、阶跃动态响应能力等方面均优于分离设计,使机器人的综合性能达到最优。     

连续时间Markov控制过程的平均代价最优鲁棒控制策略

在Markov性能势基础上 ,研究了一类转移速率不确定但受紧集约束的遍历连续时间Markov控制过程 (CTMCP)的鲁棒控制问题 .根据系统的遍历性 ,平均代价Poisson方程的解可被看作是性能势的一种定义 .在平均代价准则下 ,优化控制的目标是选择一个平稳策略使得系统在参数最坏取值下能获得最小无穷水平平均代价 ,据此论文给出了求解最优鲁棒控制策略的策略迭代 (PI)算法 ,并详细讨论了算法的收敛性 .     

双重积分时滞对象的最优抗干扰设计

针对具有时滞的双重积分对象，提出了两种新颖的二自由度控制结构．对于给定点跟踪控制器：一个是采用鲁棒H2最优控制性能指标设计；另一个是采用常规的微分控制器，它们均在对象输入和输出端之间设计相同的负载干扰抑制闭环，通过提出期望的闭环余灵敏度函数的方法来反向确定扰动观测器，并给出了负载干扰抑制闭环保证鲁棒稳定性的充要条件．该方法可以直接用于抑制工业单积分时滞过程中的斜坡型负载干扰信号．仿真实例验证了本方法的优越性．