多变量信号解耦控制系统设计研究

目的研究多变量耦合系统解耦设计方法,优化控制系统设计。方法采用信号解耦方法对多变量耦合系统进行解耦,通过对耦合系统传递函数阵的特点研究。结果得到了多变量信号解耦的"能解耦准则"、"完全动态解耦准则"和"解耦器稳定判据";给出了信号解耦设计的"分离原理"。结论信号解耦方法表明解耦器的存在性、可实现性和稳定性取决于耦合系统的结构及参数,重新匹配变量、部分解耦和静态解耦是其改变办法。信号解耦器设计方法简单有效,但多变量信号解耦器的连接比较复杂。     

液压蓄能式风力机组并网转速解耦优化控制

针对在风速、同步发电机负载变化情况下,液压蓄能式风力机组并网转速控制问题,提出一种新型并网转速控制方法——解耦广义预测优化控制方法（Decoupled Generalized Predictive Optimization Control, DGPOC）.首先,DGPOC利用基于广义预测的前馈解耦方法解除变量马达摆角和蓄能器比例阀开度之间的耦合关系,进而调节蓄能器比例阀,依靠蓄能器吸收波动流量,同步调节变量马达摆角实现恒转速控制,解决因风速、同步发电机负载变化引起的变量马达转速波动问题; 其次,将蓄能器比例阀的能量损耗作为性能约束项,加入到优化目标函数中,求取最优控制量,从而提高液压蓄能式风力机组风能利用率; 最后,利用建立的MATLAB-AMESim联合仿真实验平台验证DGPOC方法的有效性.实验结果表明： DGPOC方法不仅可以实现变量马达摆角和蓄能器比例阀开度两个变量的解耦,提升变量马达转速控制的快速性及鲁棒性,而且能够降低系统的能量损耗.     

同步设计方法在CPLD中的应用研究

同步设计和异步设计是时序电路设计中的两种基本类型。通过在CPLD器件中同步设计方法和异步设计方法的应用对比,可知同步设计方法所得电路的工作频率较高且电路中不易产生竞争-冒险现象,因此在复杂可编程逻辑器件的设计中采用同步设计方法是保证电路高效、可靠工作的有效措施。     

钕铁硼永磁同步电动机的设计及优化

目前永磁同步电动机的设计和使用中存在的一个突出问题是永磁材料的价格昂贵。文中在编制了3KW、4极钕铁硼永磁同步电动机磁路设计电算程序的基础上，采用复合形法对磁钢尺寸进行优化。该方法具有优化快速、可靠、程序简单、实用性强的特点,结果表明，电机经优化设计后，不但所用永磁体的尺寸大大减少，其运行特性曲线还具有高效率、高功率因数的优良品质。     

系统解耦的一种设计方法

本文给出了在多输入多输出的非解耦系统中,采用单位输出负反馈的系统结构,并且系统前向通路串入解耦补偿器组.可实现系统解耦的一种方法.并分析了系统的解耦条件和解耦补偿器的作用原理,给出了解耦补偿器传递矩阵 G,(s)的计算公式和设计方法.     

两电机同步系统的神经网络逆控制

以多变量、非线性、强耦合的两电机同步控制系统为研究对象,在同步旋转坐标下,建立了两电机同步系统的数学模型,并进行了可逆性分析．采用静态神经网络加积分器构造两电机同步控制系统的逆系统,将此逆系统与原系统相串联构成复合伪线性系统．即两电机同步系统被线性化且已解耦成速度和张力两个相对独立的系统,速度环为y=s^-1φ（s）型伪线性子系统,张力环为y=s^-2φ（s）型伪线性子系统,再分别设计线性闭环调节器对速度环和张力环进行控制．实验结果证明了采用神经网络逆系统控制方法可以实现两电机同步调速系统的解耦控制．     

基于前馈补偿器的无轴承同步磁阻电机解耦控制

建立了无轴承同步磁阻电机径向悬浮力及转矩部分的数学模型,其电磁转矩和径向悬浮力之间以及径向悬浮力自身在两轴方向上存在相互耦合.针对无轴承同步磁阻电机的强耦合、非线性特性,采用磁场定向控制难以直接进行解耦控制,采用基于前馈补偿器的解耦控制策略,成功解除了上述变量间的耦合关系.采用前馈补偿解耦得到的控制系统结构简单,实现方便.仿真研究表明,该解耦方法可实现无轴承同步磁阻电机稳定悬浮运行,能实现上述变量间的完全动态解耦,同时电机具有较好的转矩和调速性能.     

无轴承同步磁阻电动机解耦控制策略综述

针对无轴承同步磁阻电动机电磁转矩和径向悬浮力之间存在的强耦合问题,对各种解耦控制方法进行了分析研究.介绍了无轴承同步磁阻电动机的转子悬浮原理和数学模型,总结了国内外无轴承同步磁阻电动机的解耦控制策略,分析了前馈和反馈补偿控制、逆系统控制、神经网络逆控制、支持向量机逆控制、微分几何精确线性化控制、转矩和悬浮力直接控制等解耦控制策略的原理、性能和局限性,讨论了这些控制策略的发展方向.根据无轴承同步磁阻电动机的特点,指出无轴承同步磁阻电动机的未来研究方向:建立考虑磁饱和因素的精确数学模型、电动机参数在线辨识、采用智能控制增加系统的抗干扰能力、解耦控制器的参数优化设计、采用非线性控制理论直接控制非线性系统的策略等.     

卫星Stewart隔振平台高可靠性设计及容错控制

介绍了卫星Stewart隔振平台,此隔振平台由6根作动杆组成,可以隔离卫星本体的挠性振动和外部干扰,为有效载荷提供超静力学环境;分析了该Stewart隔振平台高可靠性构型设计,基于牛顿-欧拉法推导了雅克比矩阵,设计了正交解耦构型;分析了作动杆发生故障时的情况,并结合其动力学模型,重构解耦矩阵,实现了容错控制,提高了隔振平台的可靠性.在某卫星上进行了仿真实验,结果表明本文所提的解耦设计和容错控制方法是有效的.     

两电机同步系统的神经网络控制

在对两台感应电机同步系统模型分析的基础上,依据同步系统的结构特点和控制要求,结合人工神经网络的非线性映射、自适应、自学习等能力,提出一种新的基于神经网络的两电机同步系统控制方案,其中神经网络控制器由基于RBF网络整定的自适应PID控制器和神经元解耦补偿器两部分组成.两个自适应PID控制器分别对速度控制回路和张力控制回路进行自适应控制,使系统具有更强的适应能力、更好的实时性和鲁棒性;神经元解耦补偿器综合两控制回路的耦合作用,通过训练网络权值,补偿各回路之间的耦合影响,实现速度和张力的解耦.试验结果表明:采用神经网络控制方法可以实现两电机同步系统中速度和张力的解耦控制,系统具有良好的动静态性能.     

冲击和随机荷载联合作用下弹性浮筏最优控制

在理想最优控制理论和准最优控制理论的基础上，对冲击和随机荷载联合作用下，弹性浮筏系统的最优控制方法进行研究，建立了刚弹耦合非自治浮筏系统的最优控制方法和最优参数设计方法．并以舰船空压机浮筏系统为例进行了仿真计算。通过对控制效果的分析，验证了最优控制方法和最优参数设计方法的有效性．研究成果可为舰船浮筏系统的优化设计提供参考．     

约束最优控制的变结构实现

通过一个应用实例，分析了控制受约束的最优控制最优解的理想特性和以其作为控制策略的局限性；然后运用变结构控制方法，对控制受约束的线性系统最优控制策略进行改造，使之在保持最优控制主体性能的同时，维持足够的稳定性和良好的鲁棒性。具体作法是在滑模趋近段采取沿边界控制（最优控制策略），而在滑模运动段采取边界内稳定控制（极点配置策略）。并对受约束控制的具体选取方法及滑动模态的可达条件均作了陈述或推导。最后给出了仿真结果。     

数字式最速二阶随动系统的研究

本文就最优控制理论中的时间最优控制的具体工程实现了进行分析与设计,提出了一种放宽系统数学模型精确性的实测法,近似法和自适应调整法。对于一个典型的二阶随动模拟系统,运用IBM-PC微机控制,做出了其最优控制实验,证明了本文方法的有效性。     

线性离散系统的最优预见控制

该文对线性离散系统的最优预见控制方法进行了研究。这种方法在二次型性能指标中综合考虑跟踪误差和控制量的变化 ,在设计反馈控制器的基础上 ,利用已知的未来目标值及未来干扰信号设计前馈补偿器 ,进一步改善了系统的性能。该文讨论了最优预见控制设计方法的关键技术 ,即预见步数的选取问题 ,推导了预见步数与性能指标函数值之间的关系 ,并给出了预见步数的选取方法。     

一类带Gauss白噪声的随机信号传递系统的优化建模与系统分析

运用随机控制理论与方法 ,提出并研究了一类带Gauss白噪声的随机信号传递系统的数学建模与优化问题 .对在这类信号下的可容许编码函数与译码函数进行了最佳运算与优化分析 ,得到了该状态下的两个最佳控制数学模型 ;给出了此类随机信号传递系统的最佳编码与最佳译码的建立方法 ,为进一步提高该类信号传递系统的效率提供了一种理想的数学处理方法     

最优控制在汽车操纵逆动力学的应用

提出了一种最优控制理论在汽车操纵逆动力学应用的研究方法.该方法基于最优控制理论,运用改进的直接多重打靶非线性规划方法求解方向盘转矩输入.通过仅假设出节点处的控制变量值,将最优控制问题转化为非线性规划问题,运用序列二次规划方法对转化后的非线性规划问题进行求解.利用该方法仿真出了两类车跟踪同一路径的结果.结果表明,该方法能够使汽车很好地跟踪所希望的路径,而且该方法在求解最优控制问题时更方便,收敛更快.     

高效计算时间最优轨迹的牛顿-共轭梯度增广拉格朗日方法

基于牛顿-共轭梯度(Newton-CG)增广拉格朗日算法, 给出了一种计算机数控(CNC)系统时间最优轨迹规划问题的高效求解方法. 通过非线性变量代换, 时间最优轨迹规划问题被表述为一个固定时间域的凸最优控制问题. 基于扩展极大值原理, 证明了弦误差与分轴加速度约束的时间最优轨迹具有bang-bang的约束结构. 基于控制向量参数化方法, 问题被转化为具有无穷维约束的半无穷规划问题. 通过构造拉格朗日函数, 约束优化问题转化为一系列无约束问题. 由于问题凸性, 故迭代求解采用高效的线搜索Newton-CG方法. 通过求解给定测试路径的时间最优轨迹规划问题, 验证了所提方法的有效性.     

基于Laguerre多项式的分布参数系统最优控制方法

讨论分布参数控制系统最优控制的逼近方法问题.运用Laguerre多项式的正交特性和微分运算矩阵推导出几个有效的结论,把分布参数系统最优控制的积分型性能指标转化为一般的代数式,从而将一类分布参数系统的最优控制问题转化为一般代数极值问题,并给出了具体求解步骤.该方法简化了分布参数系统的最优问题求解,并保持了最优控制和系统状态逼近解的分布参数特性.最后,从理论和对比分析两方面对该算法的逼近效果进行分析,并结合仿真示例验证了方法的有效性.     

一类串级非线性系统的最优滑模控制器设计

对一类串级不确定非线性系统提出了一种基于SDRE控制的最优滑模控制方法.该方法采用2环控制结构，外环控制器的设计采用基于依赖状态的Riccati方程最优控制器，用以产生最优滑模面；内环控制器的设计采用滑动模控制以减小控制系统对参数变化、模型误差、外部干扰的敏感.设计的最优滑模控制器能使一类串级不确定系统具有鲁棒稳定性.同时，提出了2种求解依赖于状态的Riccati方程的方法.最后，通过仿真实例验证了该控制方法的有效性.     

RSO法求解代数Riccati方程及其在电力系统最优控制中的应用

代数Riccati方程的求解,是最优控制中的核心问题。前人提出的很多方法,都由于随着系统阶次的递增而使求解Riccati方程变得越来越困难,对于某些高阶系统,Riccati方程的求解甚至是不可能的。本文提出一种用随机自寻优方法(random self-optimalizing简称RSO)直接寻求满足Riccati方程的反馈增益阵K,从而不需进行高阶矩阵的求逆运算。本文在导出发电机励磁系统状态方程的基础上,将RSO法用于寻求最优控制律,计算结果令人满意。