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。     

具有优化结构的导弹分数阶控制器设计

对导弹俯仰通道过载控制系统进行线性二次型最优控制设计,利用输出反馈和状态重构推导出广义的导弹三回路结构从而引申出改进的分数阶控制结构,据此研究了不同的分数阶控制策略对系统响应的影响。为便于参数选择,通过粒子群(particle swarm optimization, PSO)算法整定分数阶控制器参数,同时提出一种综合频域和时域指标的适应值函数来加快算法收敛速度。仿真结果表明优化结构的分数阶控制器具有良好的效果。     

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。     

时滞系统的滤波器时间常数自调整内模控制

对于工业控制过程中的大时滞和时变系统,利用Smith内模控制原理设计方法,建立了滤波器时间常数λ的自整定方法,并建立了滤波器时间常数λ的模糊整定规则;通过在线调整滤波器时间常数λ来改善其闭环特性。仿真结果表明,对于在控制过程中过程对象与过程模型失配时,通过内模控制器的滤波器时间常数λ自整定;既改善了系统的控制品质又能提高控制系统的鲁棒性。且易于工程实现。     

基于鲁棒整定的球磨机系统多变量PID控制

基于内模控制原理，导出一种多变量系统的PID控制器参数整定新方法，可直接获得控制器的比例项、积分项、微分项系数以及考虑到微分项可实现性的实际微分环节的时间常数。该整定方法应用于严重多变量耦合的电厂制粉系统球磨机控制的仿真研究，结果表明：所整定的PID控制系统具有良好的调节品质，在系统特性变化的情况下具有很强的鲁棒性。     

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。     

基于频域的PI控制器整定方法研究及仿真

提出了一种基于频域的PI控制器参数整定方法。以典型的一阶惯性加滞后系统为被控对象,综合考虑系统设定值响应和扰动响应,以ISE为性能指标,结合求解幅值裕度和相位裕度的简化公式,利用Nelder-Mead单纯形优化方法搜索给定幅值裕度下的最优相位裕度,整定PI控制器参数;通过与几种整定方法对比,验证了该整定方法使得制系统具有良好的控制效果和较强的鲁棒性;对中央空调系统中几种高阶系统模型进行简化,利用该整定方法进行仿真试验,进一步验证该方法的可行性。     

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。     

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。     

基于滑模估计器和卡尔曼滤波的PMSM速度估计

针对永磁同步电机(PMSM)无传感器的控制问题,提出了一种结合滑模估计器和扩展卡尔曼滤波(EKF)两种方法优点的混合估计器。混合估计器解决了滑模估计器对于反电动势具有较大"畸变"的电机速度估计效果差的缺点。混合估计器建立了一个3阶EKF滤波器,把反电动势高次谐波分量作为系统和测量噪声处理。降阶后的EKF参数调节变得比传统的EKF估计器相对容易很多,在反电动势有"畸变"单纯滑模估计器估计效果很差时,估计效果依然很好。对滑模估计器、传统EKF估计器和混合控制器三种估计效果做了比较,阐明了混合估计器的优缺点。     

基于无源性永磁同步电机模糊滑模控制系统研究

结合无源性控制和滑模控制两种非线性控制方法,并引入交流伺服系统,提出永磁同步电机(PMSM)的无源性滑模控制方法。文中分析了PMSM的无源性,并由此推导出矢量控制算法,采用滑模控制方法,设计了滑模速度控制器,从PMSM能量无源性的角度对控制器稳定性进行了证明,控制器参数由Lyapunov函数稳定性理论给出。针对滑模切换函数的高频"抖动"现象,采用模糊控制方法,设计了模糊切换函数,削弱了滑模切换函数的"抖动"。Simulink仿真和dSPACE实验结果表明:控制系统能够稳定运行,具有良好的动、静态性能和抗扰动能力。     

基于Monte-Carlo实验的NRC参数整定规律研究

基于Monte-Carlo实验研究了非线性鲁棒控制器(NRC)参数整定的规律。介绍了针对单变量非线性对象的NRC控制器设计方法,提出了一种以Monte-Carlo实验原理为基础的NRC参数整定规律研究方法。该方法以ITAE值和系统超调量为控制器性能指标,主要分析NRC参数取值变化对控制系统鲁棒性的影响。以若干典型单变量非线性对象为例进行仿真研究,并在大量仿真试验结果的基础上,总结出NRC控制器参数整定的规律。     

永磁同步电机位置跟踪控制器及Backstepping方法建模

针对永磁同步电机(PMSM)绕组相电流和转速强耦合特性，基于backstepping方法设计了高性能的位置跟踪控制器，并建立了采用该控制器的PMSM伺服系统仿真模型。仿真结果表明，用backstepping方法设计的PMSM控制系统可以获得很好的跟踪效果，并且其滤波跟踪误差迅速以指数特性收敛到零，具有很好的位置伺服控制特性。     

基于Masreliez-Martin的鲁棒分数阶容积卡尔曼滤波算法及应用

针对具有非高斯量测噪声的分数阶离散时间非线性系统的状态估计问题, 提出一种基于Masreliez-Martin(简称为M-M)方法的鲁棒分数阶容积卡尔曼滤波器。在分数阶离散非线性动态系统基础上, 使用三阶容积原则推导了状态预测公式, 并使用M-M方法实现状态的量测更新, 构成了基于M-M方法的鲁棒分数阶容积卡尔曼跟踪算法。将提出的算法应用到再入目标的状态估计中, 仿真结果表明, 基于M-M方法的鲁棒分数阶容积卡尔曼滤波器优于分数阶无迹滤波器和分数阶容积卡尔曼滤波器。最后, 分析了不同程度的量测污染噪声对鲁棒分数阶容积卡尔曼滤波算法的估计性能影响, 验证了所提算法的鲁棒性。     

基于粒子群优化算法的自抗扰控制器设计

针对自抗扰控制器参数难以整定的问题,提出了基于粒子群优化算法的自抗扰控制器优化设计方法。该设计方法的实质就是选择合适的适应度函数,利用粒子群优化方法对自抗扰控制器的可调参数进行优化。设计方法运算简单,易于实现。对某炮控伺服系统的仿真研究表明,这种方法是可行的。     

TITO系统的非线性鲁棒控制器参数整定

基于Monte-Carlo实验研究了TITO(二输入二输出)系统的非线性鲁棒控制器(NRC)参数整定的规律.提出了以一种Monte-Carlo实验原理为基础的NRC参数整定规律研究方法.该方法以ITAE值和超调量为控制系统性能指标,主要分析NRC参数取值变化对控制系统性能鲁棒性的影响.以若干典型TITO非线性对象为例进行仿真研究,并在大量仿真试验结果的基础上,总结出TITO系统的NRC参数整定的规律.     

基于迭代学习控制的PID控制器设计

针对传统的经验PID整定方法,提出了一种新的PID参数整定算法。该算法首先利用PD型迭代学习控制来进行期望轨迹的跟踪控制,然后根据迭代学习控制的输入输出数据序列,通过强跟踪滤波器来进行参数辨识,可获得对应于期望轨迹的优化的PID控制参数。给出了迭代学习控制的收敛条件,以及如何利用强跟踪滤波器来进行参数辨识。仿真和实验结果表明,采用该算法设计PID控制器,被控系统可以获得较佳的动态性能和较强的鲁棒性。     

一种自校正PID控制器设计与仿真研究

介绍了一种基于改进Ziegler-Nichols参数整定方法的自校正PID控制器。给出系统的ARX模型,引入带遗忘因子的最小二乘实时参数估计算法和增量式PID控制算法;给出改进的Ziegler-Nichols整定方法,建立临界增益和临界振荡周期与系统参数之间的关系式。以其在变风量空调系统的变频风机—管道静压控制回路中的应用为例,进行MATLAB仿真。仿真结果显示,自校正PID控制系统能够实时估计被控对象的参数,实时整定控制器参数,适应被控过程的变化,具有较强的实时参数估计和自校正能力。     

永磁同步电动机自适应反步控制的建模与仿真

设计了一种基于自适应反步控制的永磁同步电动机非残性速度控制器，采用二阶滤波环节平滑速度指令．在设计非线性速度控制器的同时，进行不确定参数及负载力矩的在线自适应估计。建立了采用该控制器的永磁同步电动机速度伺服系统仿真模型．仿真结果表明，所设计的非线性控制器保证了系统的全局一致稳定性，永磁同步电动机伺服系统获得了很好的跟踪效果，并且对参数不确定性及负载力矩扰动具有很好的鲁棒性。     

汽轮机调速系统模糊控制的研究

针对汽轮机调速系统的特点，设计了一种简单、实用的PI型模糊控制器，给出了它的解析表达式，分析了它的工作机理，说明了它的优越性；并根据基于增益和相位裕度的线性PI控制器参数的整定规则，给出了模糊控制器参数的整定公式，解决了模糊控制器的参数整定问题，使这种模糊控制器更加实用化。最后，通过仿真实验验证了这种方法的可行性。