分数阶PID控制器参数的自适应设计

分数阶比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)控制器是整数阶PID控制器在复数域的推广,通过引入两个可调参数λ和μ使得控制器参数整定范围变大,但使得参数设计变得更加复杂。针对分数阶PID控制器的特点,提出了一种参数自适应的改进型差分进化算法整定方法,在目标函数的选取上,针对传统时间与绝对误差乘积准则对超调量控制不足,引入误差与控制信号加权,分别对整数阶和分数阶被控模型进行理论分析和数值仿真,仿真结果证明了该控制器参数设计方法的有效性和准确性。     

基于改进粒子群算法的USV航向分数阶控制

针对欠驱动水面船舶（underactuated surface vessel,USV）航向保持稳定性问题,对船舶自动舵控制系统设计了分数阶PIλDμ控制器。积分阶次λ和微分阶次μ的引入使得分数阶比例积分微分（proportion integration differentiation, PID）PIλDμ控制器具有更好的鲁棒性和抗扰动能力,但同时也加大了算法设计的难度。使用改进粒子群算法对分数阶PIλDμ控制器参数进行整定,即解决了粒子群算法容易使粒子陷入局部最优问题,又解决了分数阶PIλDμ控制器整定参数多、设计复杂问题。通过仿真对比实验,结果表明,该控制器能很好地根据船舶动态特性变化,自动进行适应性参数优化,具有跟踪速度快、航向控制超调小以及抗扰性强等优点。     

运载火箭的抗干扰分数阶控制器设计

针对火箭的姿态控制问题,基于自抗扰理论和分数阶控制,提出了一种控制器设计方法。通过设计扩张状态观测器,充分利用惯组平台和速率陀螺的复合量测信息对系统的内部和外部干扰进行估计。设计分数阶控制器对估计的干扰进行实时补偿,实现火箭的姿态控制,通过引入可调参数使得控制器参数调整范围变大,保证控制器具有更好的控制精度。考虑到控制器参数多且难以被确定,采用一种基于遗传算法和粒子群优化的混合算法对参数进行调整;通过仿真验证了所提算法可以获得良好的动态性能、抗扰性和鲁棒性。     

永磁同步电机速度伺服系统的分数阶内模控制

针对永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)速度伺服系统,提出了一种分数阶(Fractional order,FO)内模控制器设计方法。建立了PMSM速度伺服系统的简化数学模型,根据内模控制(Internal model control,IMC)原理,引入分数阶滤波器替代整数阶滤波器,推导出了一种分数阶内模控制器,该控制器仅包含两个可调参数,有效克服了分数阶PIλDμ控制器待整定参数较多的缺陷,并基于系统时域性能指标选择主导极点,给出了控制器参数的解析整定方法,避免了参数选择的盲目性。仿真结果表明,所提方法不仅可以使PMSM速度伺服系统具有较好的设定值跟踪和扰动抑制特性,而且对于系统参数摄动具有更好的鲁棒性。     

分数阶控制器与整数阶控制器仿真研究

分数阶PID控制器多了两个可调参数,可以取得更好的控制效果.针对位置伺服系统测试问题,设计了分数阶PID控制器,并与整数阶PID控制器相比较,仿真结果演示了分数阶PID制器的控制效果明显优于最好的整数阶PID控制器.无论是在输入发生变化,还是系统负载或参数变化,给出的分数阶PID控制器的控制效果都是比较稳定的.     

基于模型解耦的双通道旋转弹分数阶控制

为了提高旋转弹系统的控制品质,采用分数阶控制器进行双通道旋转弹控制系统设计。建立了旋转弹系统控制模型,进行线性化处理和解耦控制,并对解耦后的数学模型设计了分数阶PI^λD^μ控制器。针对分数阶控制器的参数整定问题,提出一种基于惯性权重的自适应粒子群优化算法,引入惯性权重非线性调整策略来平衡控制全局与局部搜索,从而得到全局最优解。仿真结果表明,该控制模型和控制器的设计合理可行。     

分数阶控制器参数整定策略研究

对分数维的分数阶系统的研究吸引了越来越多的研究者。分数阶PIλDμ控制器是整数阶PID控制器的一般形式,较整数阶PID控制器具有优越性,但对其整定方法的研究还很少。基于改进的随机搜索方法,实现了分数阶控制器包括积分次数、微分次数五个参数的优化整定,获得了良好的整定效果。仿真实验证明了提出的整定策略的有效性。同时通过比较说明在被控系统有非线形环节的情况下采取分数阶PIλDμ控制器往往能获得更好的控制效果。     

分数阶PIλDμ控制器的仿真研究

PID控制是过程控制中应用最为广泛的一种控制方法，分数阶PI^λD^μ控制是常规的整数阶PID控制的推广与发展。本文对通过在复平面映射后的根轨迹对分数阶PI^λD^μ控制器的控制特性、参数的整定等进行了研究，研究表明PI^λD^μ控制器控制参数和阶次的改变都能改变控制质量，而且控制器对其本身参数和系统参数的变化并不敏感，PI^λD^μ控制器具有更灵活的结构和更强的鲁棒性。     

基于PIλDμ控制器的一种线性系统辨识方法研究

近年来,分数阶控制研究愈来愈被关注.传统系统参数辨识算法主要基于在某种意义下的最优数据拟合思想,往往比较复杂、计算量大.我们将辨识误差的抑制问题,看作是以误差方程来描述的系统的状态渐近稳定性来处理,从而将反馈控制的思想引入辨识算法中,提出了一种基于分数阶PIλDμ控制器的线性系统参数时域辨识算法,给出了递推算法的详细推导,并用已知系统仿真验证了算法的有效性.该算法简便、计算量小.仿真结果表明,该算法优于传统最小二乘法.     

基于状态空间模型分解的分数阶系统辨识算法

给出了分数阶线性系统的一种有效辨识算法.该算法可以辨识出系统的模型参数,同时也可以对系统的阶次进行辨识.通过基底变换把分数阶系统的系统矩阵变换成对角阵,这就把原系统的输入、输出关系转化为若干简单的子系统的和,从而降低了辨识问题的复杂性.该算法还能容易地获得系统的输出误差对其模型参数及系统阶次的偏导数,从而可以选择利用梯度的优化算法,如梯度下降法和拟牛顿法等,进行系统辨识.最后给出了实例证明了算法的有效性.     

Missile robust gain scheduling autopilot design using full block multipliers

Reduction of conservatism is one of the key and difficult problems in missile robust gain scheduling autopilot design based on multipliers. This article presents a scheme of adopting linear parameter-varying (LPV) control approach with full block multipliers to design a missile robust gain scheduling autopilot in order to eliminate conservatism. A model matching design structure with a high demand on matching precision is constructed based on the missile linear fractional transformation (LFT) model. By applying full block S-procedure and elimination lemma, a convex feasibility problem with an infinite number of constraints is formulated to satisfy robust quadratic performance specifications. Then a grid method is adopted to transform the infinite-dimensional convex feasibility problem into a solvable finite-dimensional convex feasibility problem, based on which a gain scheduling controller with linear fractional dependence on the flight Mach number and altitude is derived. Static and dynamic simulation results show the effectiveness and feasibility of the proposed scheme.     

An Application of Optimal Preview Control in Terrain Following System

1 .ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＣｒｕｉｓｅｍｉｓｓｉｌｅｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｗｅａｐｏｎｉｎｍｏｄｅｒｎｗａｒ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｉｔｓｖｉａｂｉｌｉｔｙ ,ａｇｏｏｄｐｉｔｃｈｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｈｏｕｌｄｂｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｍａｋｅｔｈｅｍｉｓｓｉｌｅ’ｓｆｌｉｇｈｔａｌｔｉｔｕｄｅｆｏｌｌｏｗａｃｅｒｔａｉｎｔｅｒｒａｉｎ .Ｉｎｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｏｐｔｉ ｍａｌｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｗｅｒｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅ…     

二阶系统模糊变结构控制器设计及稳定性分析

采用滑模变结构控制时不可避免会产生抖振问题,尤其是对于那些变参数及具有不可测量持续扰动的系统,通过常规方法难以克服抖振对系统控制性能带来的不利影响。为此将模糊控制与滑模变结构控制相结合,设计了一种模糊变结控制器,既保持了变结构控制的鲁棒性及快速性,又能较好地消除抖振现象,并利用描述函数法分析了该控制系统的稳定性。最后通过一个具体的导弹变系数二阶控制系统的应用实例验证了该控制器的性能。     

弹载消旋平台双模控制与仿真研究

为了消除弹体转动对惯性平台及天线运动耦合的影响,设计了旋转导弹消旋平台,并将模糊控制器与常规PID相结合,建立消旋平台Fuzzy-PID双模控制仿真模型。采用MATlAB和MATlAB/ADAMS联合仿真方法对消旋平台双模控制系统进行仿真分析。结果表明,Fuzzy-PID双模控制使惯性平台及天线的稳态性能得到明显改善。     

基于改进粒子群算法的快速反射镜自抗扰控制

为了提高快速反射镜(fast steering mirror, FSM)的跟踪精度和扰动抑制能力, 建立了基于自抗扰控制器(active disturbance rejection control, ADRC)的FSM闭环控制系统, 并对ADRC的参数整定方法进行研究。由于ADRC参数用试凑法整定效率低, 用粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法整定容易陷入局部最优, 因此提出一种惯性权重基于箕舌线调整的改进PSO(improved PSO, IPSO)算法。通过系统仿真实验, 在考虑卫星平台振动的情况下, 采用基于IPSO、PSO的ADRC和传统比例-积分-微分(proportion integration differentiation,PID)控制器分别控制FSM。结果表明, 在跟踪不同频率的高频正弦信号时, 采用基于IPSO的ADRC控制的FSM跟踪精度相较其他两种控制器控制FSM的跟踪精度均有明显提升。     

Digital implementation of fractional order PID controller and its application

1.INTRODUCTION Fractionalcalculushasahistoryof300years.Itisa subjectthatinvolvesthetheoryofintegralsand derivativesofarbitraryorder.Forthreecenturiesthe theoryoffractionalcalculushasdevelopedmainlyasa puretheoreticalfieldofmathematicsusefulformathe maticians.Butinrecentyearsitsapplicationshave beenseeninmanyfieldssuchas,viscoelasticity,a coustics,rheology,polymericchemistry,fractals, control,andmanyotherfields[1～4]. Applyingfractionalcalculusinthecontrolfieldis justarecentfocusofinte…     

一种基于改进趋近律的离散变结构控制方法

研究了使用离散指数趋近律方法设计的离散时间控制系统中存在的抖振现象。为了减小这种抖振现象,提出了一种改进的离散趋近律设计方法,而且给出了趋近律的参数选择原则。仿真结果表明：在使用该改进趋近律方法设计的离散时间变结构控制器的调节下,系统的运动状态最终趋近于原点,还可使系统状态保持步步穿越切换面,提高了控制系统的鲁棒性。