基于频域和时域的内模PI控制器性能评价与参数优化

由于控制系统的性能降低通常与比例积分(proportion integration,简称PI)控制器不合理的参数有关,而且单一的时域性能评价指标不准确,因此,针对具有纯迟延特性的控制对象,给出了基于频域和时域相结合的性能评价方法,克服了单一性能指标的不准确性.在不同控制策略和参数下,分析了系统性能指标与基准曲线或基准点的距离.针对2个典型的高阶被控过程,分别给出了不同的降阶模型,并把拟合对象特性最好的模型用于内模PI控制器的设计.基于频域和时域评价的结果,给出了PI控制器参数重新优化和整定的方法,用于改善控制系统的性能,该方法通过数据驱动方法对参数进行重新整定来实现,提高了运算效率.仿真实验验证了上述性能评价和参数优化方法的有效性.     

基于敏感传递函数的分数阶PI~λ控制器的参数整定

讨论一种基于敏感传递函数的分数阶PIλ控制器的参数整定方法.根据敏感传递函数的定义,采用代数方法,对固定的PIλ控制器的积分阶次,在比例增益和积分增益参数平面上,按敏感传递函数的界进行PIλ控制器的参数整定.该敏感传递函数的界与系统的幅值裕度和相角裕度直接相关,给出了系统相对稳定性的信息.仿真实例表明,利用该方法设计的PIλ控制器具有良好的动态性能和鲁棒性.     

面向性能指标的控制器参数整定新方法

针对线性定常系统,基于Guardian Maps稳定理论提出了一种面向性能指标的控制器参数整定方法。将期望的闭环系统动态性能和稳定裕度指标转化为状态矩阵特征值的配置问题,进而利用Guardian Maps包围函数,在系统参数已知的条件下,可确定满足期望性能的全部控制器参数;在控制器参数既定时,可确定满足期望性能的系统参数许用摄动范围。仿真验证了所提方法的有效性,同时表明该方法通用性强,对PID控制、状态反馈及自适应等控制器参数整定问题均适用。     

多时滞不确定系统的非脆弱H∞鲁棒控制

针对一类复杂的多时滞不确定系统,在控制器增益存在加性和乘性两种摄动形式时,分别设计了非脆弱H∞鲁棒控制器,利用构造的Lyapunov函数和线性矩阵不等式,证明并给出了非脆弱H∞鲁棒控制问题有解的充分条件.所设计的控制器使系统具有鲁棒性,能满足所给H∞范数指标,而且当控制器增益参数变化时,系统性能指标同样能够满足要求.该系统对环境参数的变化具有更好的适应能力.算例仿真结果表明,系统对不确定参数变化及控制器增益摄动都具有鲁棒性,对大幅度的干扰波动具有很强的抗扰动能力.     

H∞混合灵敏度约束下PID控制器设计

为了使PID控制器具有更好的鲁棒性,针对线性时不变系统,研究一种基于H∞混合灵敏度约束域的PID控制器设计方法。首先,计算PID控制器参数稳定域、灵敏度约束域和补灵敏度约束域的交集;然后,在此交集约束域内利用遗传算法以混合灵敏度性能指标为目标函数搜索最优的PID控制器。对于某一确定的加权函数阵,根据上述交集的情况,直接判断是否存在H∞混合灵敏度约束下的PID控制器。仿真实例表明:设计H∞混合灵敏度最优的PID控制器,可以保证系统在摄动范围内是鲁棒稳定的,且系统具有良好的瞬态性能指标。     

大时滞过程自整定PID及其在定量控制中的应用

针对纸张定量控制的难点，提出了一种能用大时滞过程的自整定PID／PI控制算法。通过改进型继电反馈频域响应辨识方法获得实际过程Nyquist曲线与S平面负实轴和虚轴交点处等幅振荡的幅值和频率，给定幅值裕度和相角裕度鲁棒性能指标，确定自整定PID／PI控制器参数，此算法具有参数整定简单，对实际过程模型的依赖性小，鲁棒性强及易于实现等优点，适合于含有大时滞的工业过程控制。     

高阶反向响应过程的分数阶PID控制器设计

针对具有反向响应特性的高阶过程,提出了一种分数阶PID控制器设计方法.为了便于控制器设计,采用一种改进的微粒群优化算法对高阶过程模型进行简化处理,在此基础上,根据内模控制原理设计分数阶PID控制器,该控制器仅有一个可调参数,有效降低了控制器整定的复杂度,并根据最大灵敏度指标推导出控制器参数整定的解析表达式,克服了参数选择的盲目性.仿真结果表明,该方法可使系统具有良好的设定值跟踪、扰动抑制特性以及克服参数摄动的鲁棒性.     

含转子位置信息的永磁超环面电机终端滑模控制

根据永磁超环面电机特殊的转子结构,建立了该电机的电磁参数方程,并推导了含行星轮转子位置信息的时变数学模型,应用状态空间法分析了该电机的周期波动特性。结合超环面电机的时变参数,完成了对其PI控制器的参数整定。结合行星轮自转引起的参数摄动,将闭环系统反馈得到转子位置信息引入到终端滑模控制器中,使控制器参数跟踪超环面电机的时变参数。将终端滑模控制与PI控制的仿真结果对比分析,结果表明：该控制策略有效地削弱了永磁超环面电机输出性能上的周期波动,并且具有良好的响应速度、抗干扰性和鲁棒性。     

一类大时滞过程的预测PI控制器

针对较为常见的一类大时滞过程,提出了一种预测PI控制器.该控制器把PI控制器参数与Smith预估器参数有机结合起来,减少了控制器参数,从而避免了这些参数在整定时的相互影响,使得控制参数易于整定.仿真和应用结果均表明,该预测PI控制器在一类时滞过程控制中具有优良的性能.     

基于最大灵敏度的分数阶内模控制器设计

针对分数阶控制器设计参数整定复杂的问题,提出一种基于最大灵敏度的分数阶内模控制器设计方法。采用粒子群优化算法对原系统模型进行简化处理,根据内模控制原理设计分数阶内模控制器;仅通过一个可调参数,实现分数阶内模控制器的快速整定;通过最大灵敏度指标实现分数阶内模控制器的鲁棒整定。仿真结果表明该方法具有良好的控制品质及克服参数摄动的鲁棒性。     

PMSM Vector Control Optimization Based on Fractional PIλ of Rotational Speed Outer Loop of Dragonfly Algorithm

Aiming at the problems of slow dynamic response and weak robustness of integer-order proportional integral(PI) controller in double closed loop vector control system of permanent magnet synchronous motor(PMSM), a method of combining dragonfly algorithm with fractional order PI control is proposed for off-line parameter tuning for the outer loop of speed of the system. The parameter to be optimized is used as the spatial position of the optimal individual searching for food sources in the search space, and the error performance index integrated time and absolute error(ITAE) is used as its target fitness function. The motor speed regulation performances of traditional engineering experience setting integer order PI, particle swarm optimization algorithm tuning fractional order PI and dragonfly algorithm tuning fractional order PI are compared, respectively. Results show that the fractional order PI controller optimized by dragonfly algorithm can improve the dynamic response performance of the system, reduce overshoot and enhance robustness, which proves the feasibility and superiority of the optimization strategy.     

反向响应时滞过程PID控制器设计新方法

基于常规单位反馈控制结构，研究了工业中常见的反向响应过程的特性，给出了PID控制器的解析设计新方法．通过提出期望闭环传递函数．解析地推导出PID控制器的形式，同时分析了闭环控制系统所能达到的控制性能和鲁棒稳定性．由此给出了控制器参数的调节规则．该PID控制器的突出优点是可以进行单参数整定，通过单调地调节控制器参数，实现闭环系统的标称性能和鲁棒稳定性之间的最佳折衷．仿真实例验证了该方法优于其他方法．     

新型解耦控制器的设计及其应用

基于传统的解耦方法和内模控制理论,提出一种采用单位反馈结构的PID/PI解耦控制器的解析设计方法,通过适当地添加补偿项,消除控制器中可能包含的不稳定因素,使得这种新型的解耦控制策略适用于含有多时滞和右半平面零点的双输入双输出系统.该方法克服了现有数值化求解方法的局限性,可在线调节解耦控制器的控制参数,使系统达到较好的动态性能和鲁棒性能.同时,对于存在乘性不确定性的被控过程,分析了控制系统满足标称性能和鲁棒稳定性的充要条件,并由此确定出控制器参数的调节范围.将这种新型的解耦控制策略应用在四容(阶)水箱试验中,仿真验证了其优越性.     

一种二自由度PID控制器参数整定方法

针对二自由度PID控制器,提出一种简单的基于预期动力学方程设计的参数整定方法.通过分析,将二自由度PID控制器表示成闭环系统预期动力学特性方程和系统扰动量观测器的函数.选取预期动力学特性方程系数和观测器参数作为控制器参数,分析了参数与系统性能的关系,并提出了各个参数的取值规则.仿真结果表明,该方法对含纯积分环节对象、非最小相位对象、时滞对象、高阶对象、不稳定对象等都具有良好的控制效果.     

参数自调整模糊-PI控制器在转位控制系统中的应用

针对车载导航系统中的转位系统所存在的干扰非线性和不确定性,设计了双闭环控制系统. 内环采用参数自调整模糊-PI复合控制器,利用模糊控制的仿人控制思维,改善了系统的动态性能;引入的PI调节器保证了系统的稳定精度,弥补了模糊控制的不足,系统的鲁棒性和稳态精度都有所提高;在进行控制器切换时,依据控制量的大小调整PI控制器的参数. 外环使用PI控制,保证了位置控制精度. 仿真数据表明,在外界干扰存在的情况下,通过双环控制,转位控制系统具有运行平稳、抗干扰能力强且定位精度高的特点.      

线性时滞系统的P和PI控制器稳定参数集算法

针对任意阶线性时滞系统,提出了一种确定比例(P)控制器稳定参数集的解析算法.该算法基于Nyquist稳定判据,将控制参数的无限约束转化为有限约束,从而能够容易地确定P控制器的稳定参数集.然后应用该算法进一步讨论了比例积分(PI)控制器对线性时滞系统的镇定问题.稳定参数集的建立为时滞过程P和PI控制器的设计和在线调节提供了方便.该方法适用于任意阶的稳定、不稳定或非最小相位时滞过程.     

RTD A控制器参数性能分析及在线模糊自整定

为了减少RTD A控制器的参数调节难度，增强其实用性，分析了RTD A控制器中需要整定的4个参数，即系统鲁棒性θR、设定值跟踪θT、干扰抑制θD和全局收敛性θA对系统性能的影响.结果表明：当θT和θA在一定范围内取定值时，对系统控制结果不会产生明显的影响；而θR和θD的整定则能够改善系统模型失配和未知扰动等问题.为此，提出了一种基于模糊逻辑的控制器参数θR和θD的在线自整定方法.该方法首先建立了控制器参数的模糊控制规则，然后，根据模糊控制规则进行模糊推理，实现了参数θR和θD的在线模糊自整定.仿真实验结果表明，与手工设定参数方法相比，本文提出的参数在线模糊自整定方法能够简化参数的整定步骤，提高RTD A控制器的性能.     

时滞对象的自抗扰PID控制

提出一种适合时滞对象的自抗扰PID控制器及其整定方法。由于难以完全测得时滞对象输出变量的高阶导数,用一个二阶观测器观测系统中模型和外部干扰等未知因素,然后结合经典反馈理论,得到一个四参数的自抗扰PID控制器。由Z-N整定公式推导出其中3个控制器参数的整定公式,适当调节剩余自由参数,可以获得较好的动态性能。2个仿真实验表明:该方法能够有效改善时滞对象控制系统的动态性能,增强系统的适应性和鲁棒性。     

基于分数阶PI~λ控制器的单容水箱液位控制

讨论分数阶PIλ控制器在单容水箱液位控制中的应用问题,给出了一种基于图解稳定性准则的PIλ控制器的设计方法.研究了PIλ控制器的参数稳定域,然后在稳定域内进行系统性能的设计,并提出具体的设计算法.通过Matlab仿真和水箱液位控制系统的实际操作实验,对分数阶PIλ控制器、整数阶PI控制器和常规Ziegler-Nichols参数整定方法进行比较,说明了本文设计方法的有效性和分数阶PIλ控制器的优越性.