基于控制系统模型前馈高响应控制技术研究

为提高控制系统的响应速度,基于控制系统模型提出前馈控制结构. 该种前馈结构可以保证指令输入到指令输出与扰动输入到指令输出完全独立,充分考虑了控制系统的动态响应性能,保证了控制系统的响应跟踪能力与扰动抑制能力的最优化. 实验结果表明,该种新型前馈系统相比于传统的基于低通滤波的前馈系统具有更好的速度及电流指令跟踪能力,消除了低通滤波前馈对指令滤波造成的失真,该方法大幅提高了控制系统的速度跟踪响应能力.      

小脑神经网络反馈学习控制系统

小脑模型神经网络（ＣＭＡＣ）用作前馈控制器的结构对于含有丰富状态的轨迹跟踪问题，如机器人轨迹跟踪问题有较好的控制效果，但它对于参考值为方波或阶跃信号的跟踪问题却不太适合．为此，提出ＣＭＡＣ网络反馈控制器的方案，该方案克服了ＣＭＡＣ局部联想特性和前馈控制结构所固有的缺陷，对较恒定的设定值跟踪和抑制噪声都有较好的效果．最后，仿真实例说明了所提方案的有效性．     

零幅相误差跟踪控制器

非最小相位系统的不稳定零点给前馈控制器的设计带来了很大的困难。零相位误差跟踪控制器 (ZPETC)的提出部分地解决了这一问题。为了进一步提高跟踪精度 ,减小幅值误差 ,提出了调幅滤波器 ,与 ZPETC串联构成零幅相误差跟踪控制器。理论上可以实现理想跟踪控制 ,即输出可以完全复现输入信号。仿真结果表明 ,该前馈控制器可以精确跟踪方波输入信号     

基于灵敏度函数的二自由度控制系统设计与应用

针对具有参数不确定性和外部未知扰动的不确定系统,基于灵敏度函数,提出了一种二自由度控制结构.在标称情况下,这种二自由度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2个不同的控制回路来达到各自期望的控制性能指标.该控制系统保证反馈灵敏度函数和前馈灵敏度函数的范数小于某一正数,从而可使控制系统稳定.仿真实例验证了该控制系统的可行性和优越性.     

积分对象的预测函数控制及其性能分析

基于过程脉冲响应设计预测函数控制器,针对积分过程输入端受到干扰后难以跟踪设定值的缺点,运用最优控制思想设计抗干扰控制器,所设计系统具有双自由度的控制结构.所提算法能同时适用于反向响应积分对象和大时间滞后积分对象的控制.仿真实验表明,该方法对过程参数摄动具有良好的鲁棒性及抑制外界干扰的能力.     

多电机同步控制建模与仿真

采用偏差耦合控制结构控制4台永磁同步电机同步运动时,由于控制器结构复杂,计算量大,而且传统的PID控制算法不能在线实时调整参数,动态响应慢。因此,对4电机同步运动控制结构和控制算法进行改进,采用环形耦合控制结构和免疫单神经元PID控制器控制整个同步运动系统。仿真结果表明:该控制结构复杂度低,跟踪性能和稳态性能良好,抗干扰性强。     

自整定内模PID控制在非圆销孔加工中的应用

将工业过程控制方法用于微位移压电陶瓷驱动器控制,提出了一种自整定内模PID控制方法.该方法结合内模控制、PID控制和前馈控制,针对非圆销孔加工的特点,采用双环的控制结构,内环主要对控制对象进行等效,提高其动态性能;外环通过时间乘绝对误差的积分(ITAE)优化内模PID的整定参数.鲁棒性分析、仿真及实验表明,系统具有很强鲁棒性,能快速响应,在工作频率低于20 Hz时具有较好跟踪性能,达到了快速跟踪和减少滞环的目的.     

基于机理模型的加热炉在线炉温模糊决策

以加热炉动态过程全炉钢坯温度跟踪计算机理模型获得控制输入信息,将模糊控制方法应用于炉温的动态控制,构造了带有前馈修正的模糊控制器.该模糊控制器不仅把本段控制点的输出偏差和偏差变化率作为模糊决策的依据,并且将前段控制点的偏差也作为控制器的前馈输入,使炉温决策具有超前功能.利用计算机仿真,模拟了炉子产量波动和非计划待轧时模糊决策系统的执行结果,表明该控制方法适应炉内动态特性,具有良好的控制品质.     

基于线性变参数H∞反馈的机器人迭代学习控制器设计

提出了一种基于线性变参数（LPV）H∞反馈的迭代学习控制器,用于不确定性机器人的高精度轨迹跟踪,此控制器包括反馈部分和前馈部分,其中反馈部分设计为LPVH∞控制,前馈部分设计为高阶PD型迭代学习控制,在满足一定的收敛条件下,证明了该控制器的跟踪误差界正比于系统初始误差系统输出干扰项界,仿真结果不仅验证了此控制器随机器人关节位置变化始终具有干扰衰减、鲁棒稳定的性能,而且还验证了此控制器具有高精度轨迹跟踪的性能。     

基于前馈+预测LQR智能车循迹控制器设计

为提升智能车辆循迹性能,本文提出了一种基于LQR理论和滑模理论的车辆横纵向控制器。首先,基于二自由度横向动力学模型,构建前馈LQR控制器。针对循迹过程中横纵向跟踪精度与转向稳定性两者难以兼顾的问题,本文基于 CTRV模型设计预测控制器,建立了基于实时车速-曲率的模糊自适应预测时间,对前馈LQR进行改进。此外为提升纵向车速跟踪稳定性和跟踪精度,本文提出一种基于滑模控制理论的纵向跟踪算法。通过CarSim与Simulink的联合仿真和硬件在环平台进行验证,结果证明：本文提出的横纵向控制器具备一定的驾驶员行为特征,可兼顾跟踪精度与稳定性,提升了智能车辆循迹性能。     

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．     

Two-Degrees-of-Freedom Decoupling Control for Stable Multivariable Processes

This paper proposes a decoupling control scheme with two-degrees-of-freedom （2DOF） control structure. In the proposed scheme, two multivariable controllers are designed based on Internal Model Control （IMC） theory for setpoint tracking and disturbance rejection independently. An analytical approximation method is utilized to reduce the order of the controllers. By adjusting the corresponding controller parameter, the setpoint tracking and disturbance rejection of each control loop can be tuned independently. In the presence of multiplicative input uncertainty, a calculation method is also proposed to derive the low bounds of the control parameters in order to guarantee the robust stability of the system. Simulations are illustrated to demonstrate the validity of the proposed control scheme.     

船舶锅炉水位PID控制器参数多目标优化整定

为有效提高船舶锅炉水位控制性能,提出一种基于多目标遗传算法和多属性决策(MADM)技术的PID控制器参数整定方法.将系统的跟随性能、扰动抑制性能及鲁棒性能作为目标函数,采用改进非劣分层多目标遗传算法(NSGAⅡ)求出Pareto最优解.使用客观赋权的信息熵法对Pareto最优解属性进行权值计算.采用逼近理想解的排序方法(TOPSIS)进行MADM研究,给出了Pareto最优解排序.仿真结果表明,该方法通用性好,PID性能良好,适合工程实际应用.     

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。     

车辆变速轨迹跟踪横纵耦合控制方法

针对变化速度下车辆轨迹跟踪精度以及实时性差的问题,提出一种基于模型预测控制的横纵耦合控制方法。在三自由度车辆动力学模型中,将车轮驱动力与前轮转角作为控制量,以单控制器形式实现车辆横纵向运动的综合控制,并且在考虑耦合特性的基础上,设计目标函数与可变权重系数,求解最优横纵向控制量。并且基于五次多项式理论,设计一种变速双移线轨迹以验证控制器综合轨迹跟踪能力。实验结果表明,该控制器能有效跟踪变化车速并且保持高轨迹跟踪精度与良好的实时性。     

HEV自动膜片弹簧离合器转矩跟踪PID控制

在同轴并联混合动力系统和自动膜片弹簧离合器数学建模的基础上,提出一种包含Kalman滤波器、串级变参数PID控制器的自动膜片弹簧离合器转矩跟踪控制策略,设计了变参数转矩环比例控制器,对行程环PID控制参数进行了优化整定,对HEV模式切换过程中,离合器传递转矩的跟踪控制进行了仿真和试验研究.结果表明,所提出的离合器转矩跟踪控制策略具有良好的效果.      

基于动态优化的多模型广义预测控制器设计

针对工业控制过程中广泛存在系统参数突变的问题,将多模型切换的广义预测控制器引至动态优化策略下的分层式控制系统中,设计了基于动态优化的多模型广义预测控制器.该模型预测控制结构以获取最大经济效益为目标,上层结构对经济目标函数进行动态优化,得到使经济利益最大的关键变量设定值;下层结构中MPC层采用多模型广义预测控制器代替传统单模型广义预测控制器追踪上层得到的设定值,即采用多个固定模型和自适应模型并行辨识系统的动态特性,提高系统暂态性能和模型参数跳变时系统的调节能力;底层为PID控制器用于抑制过程中的扰动.通过仿真验证了该方法的可行性和有效性.     

移动机器人滑模路径的跟踪控制

针对移动机器人的路径跟踪问题,基于反演思想设计了滑模路径跟踪控制器,并利用低通滤波器有效地减弱了控制过程中的干扰.由于该控制器的动态性能不理想,因此采用有界输入的方法对其进行控制律的改进,并简化了控制器的设计.仿真结果表明,改进后的滑模控制器跟踪效果良好,动态响应快,且保证了移动机器人的全局渐近稳定路径跟踪控制.     

Wind disturbance rejection control based on the dynamic parameters estimation of quadrotors UAV

The turbulence or gust in quadrotor flight environment causes drastic changes in the unmanned aerial vehicle(UAV) aerodynamic parameters. Especially, rotor thrust coefficient and reaction torque coefficient of the UAV encounter uncertainty fluctuation, which may undermine the control performance. A real-time estimation strategy for these aerodynamic parameters is proposed to improve the identification on the disturbance. First, the unscented Kalman filter(UKF) algorithm is used to estimate the UAV states and aerodynamic parameters. Then, a double-loop structure, consisting of position and attitude, is designed for the trajectory tracking control. In the outer loop, a proportional-derivative controller is adopted to carry out position tracking and provide Euler angle references for the inner loop, called attitude controller. Moreover, the attitude controller is designed using an inverse dynamic technique. The main contribution of this study is to propose a joint estimation on the aerodynamic parameters with wind disturbance as well as the UAV states. This strategy plays an important role in refining time-varying parameters of wind disturbance. A number of simulations are executed to verify the effectiveness of the proposed method.