变论域自适应模糊控制器的设计

相对于基本模糊控制器而言,变论域模糊控制器设计的关键在于如何确定论域伸缩的合理机制,即确定适当的论域伸缩因子,以使系统性能得到最大程度的提升。目前,关于变论域模糊控制的伸缩因子还没有统一的形式。本文将着重论述两种变论域模糊控制器中论域伸缩因子的设计方法。     

基于分数阶微积分的模糊分数阶控制器研究

在分析分数阶微积分的基础上,提出了一种新型模糊分数阶比例积分微分控制器.分数阶微积分将传统控制器中的积分和微分的阶数扩展到任意实数,为控制器的设计提供了比传统整数阶更好的性能扩展.结合分数阶比例积分微分控制器和模糊控制逻辑,用分数阶比例积分微分单元代替传统的模糊比例积分微分控制器中的比例积分微分单元,构建了模糊分数阶比例积分微分控制器的结构,采用模糊逻辑推理和Tus-tin离散方法实现了模糊分数阶比例积分微分控制器的计算.最后,用数字仿真方法和不同条件下的对比分析验证了新型模糊分数阶比例积分微分控制器的优良控制特性.研究结果表明,设计的新型模糊分数阶比例积分微分控制器对非线性和参数不确定性具有较强的鲁棒性.     

论域自调整模糊控制器的设计

给出了一种新的模糊控制器。其论域在系统响应过程中根据需要进行实时调节,形成了论域的自调整。用此算法对二阶系统进行仿真实验,证明了自调整论城的模糊控制器与固定论域的控制器相比,能显著提高系统性能。     

区间Ⅱ型变论域自适应模糊逻辑控制器

在变论域自适应模糊控制方法的基础上,结合Ⅱ型模糊集较强的鲁棒性和处理不确定性问题的能力,设计了一种区间Ⅱ型变论域自适应模糊逻辑控制器.为了使控制器保持在最优状态,采用粒子群优化算法来优化隶属度函数;然后由Lyapunov方法证明了区间Ⅱ型变论域自适应模糊逻辑控制器的稳定性.对Duffing系统和1维6卷混沌系统的仿真表明,区间Ⅱ型变论域自适应模糊逻辑控制器可以很好地跟踪参考信号,较之变论域模糊逻辑控制器,其可以有效地防止抖震且控制量较小.     

变论域自适应模糊PID方法的研究与仿真

从优化模糊控制器的角度出发,讨论了变论域思想和伸缩因子的概念,同时就量化、比例因子和伸缩因子的关系进行了分析,进而阐述了一般情况下两种伸缩因子的选取方法;在此基础上将模糊PID和变论域思想想结合,形成变论域自适应模糊PID控制结构;最后通过某复杂非线性系统进行仿真研究,结果表明该方法达到了预期目的,优越性明显。     

变论域模糊控制器及其伸缩因子的仿真研究

在动态性能指标和稳态性能指标方面,变论域模糊控制器相时于一般模糊控制器均获得了较大的提高.但是,这些性能的提高与其伸缩因子的选取有很大的关系.作者对一般模糊控制器与变论域模糊控制器的控制性能作了仿真对比,讨论了伸缩因子中的参数对变论域模糊控制器的动态性能的影响,并总结了参数在不同的数值区间取值时影响性能指标的规律.     

基于变论域模糊PID的汽提塔温度控制方法

针对汽提塔生产过程具有非线性、强耦合、大时滞及温度难以精确控制的问题,设计了基于变论域模糊PID的汽提塔温度控制系统.选取了基于模糊规则的伸缩因子,将变论域思想和模糊PID相结合,形成变论域模糊PID控制系统结构.分别对常规PID算法、模糊PID算法及变论域模糊PID算法的汽提塔温度控制系统的仿真曲线进行对比.仿真结果表明:变论域模糊PID控制算法有更快的响应速度、更小的超调量和更好的跟踪性能.     

变论域双模糊控制器在锂电池均衡策略仿真中的应用

针对固定阈值均衡策略和传统模糊均衡策略在电池组充放电末期易造成过压或欠压保护误动作而不能全程均衡,并且在电池间存在较大差异时均衡力度不足的问题,提出变论域双模糊控制器(VDF)均衡策略。以NCR18650B型三元锂电池充放电实验数据建立锂电池仿真模型,以单体锂电池的荷电状态(SOC)作为一级模糊控制器输入,将其输出与锂电池工作电流的乘积用于调节二级模糊控制器输出论域;以单体锂电池SOC与电池组平均SOC的差及其变化率作为二级模糊控制器输入,其输出作为均衡电流;以电池组内单体电池间SOC极差表征电池间的不一致性,以极差首次收敛至0.05确定均衡时间。Simulink仿真结果表明:VDF均衡策略可以有效降低电压保护误动作;与传统模糊均衡策略相比,在恒流充放电工况和自定义动态应力测试工况下,VDF均衡策略均衡速度可以提高30%以上;在电池间存在较大差异时,均衡结束后VDF均衡策略的一致性可以提高20%以上。     

基于变论域模糊PI控制的电力弹簧控制策略

电力弹簧采用一种输入反馈的形式,有效地缓解了由分布式发电带来的电能质量问题。自适应模糊PI控制对电力弹簧装置的稳定性和鲁棒性有较好的改善作用,但是作为插值器的模糊控制器的精度在既定的规则下无法得到保障,将变论域思想应用到自适应模糊PI中,提出一种基于变论域模糊PI的电力弹簧控制策略,首先对伸缩因子进行动态调节,从而实现模糊控制论域的缩放,间接地增加或减少控制器的规则,从而达到预期的精度,使电力弹簧的控制效果达到最好。仿真结果表明:变论域模糊PI控制能够快速无超调地实现对关键负载的控制要求,具有更好的控制精度和适应性。     

无刷直流电机的变论域模糊自适应PID控制系统设计

为了改善无刷直流电机的调速性能,针对普通模糊PID速度控制器的缺陷,研究了基于变论域思想的自适应模糊PID控制器及其在BLDCM控制系统中的应用.在Matlab仿真平台下,建立了BLDCM的模型,构建了BLDCM的电流、转速双闭环控制系统,其中转速环采用了变论域自适应模糊PID控制器,电流环采用普通PID控制器.仿真结果表明,与常规PID控制器和普通模糊PID相比,采用变论域自适应模糊PID控制器的优势在于:转速输出无超调、响应速度快、控制精度高,具有较强的鲁棒性和自适应能力.     

自抗扰精密跟踪运动控制器的设计

为了提高非圆车削中快速伺服刀架的跟踪精度和抗干扰性,研制了一种自抗扰控制器。通过对执行机构建模分析,将模型中的非线性部分归结为系统的内扰,将加工过程中切削力干扰归结为系统外扰,设计出相应的扩张状态观测器,对系统内、外扰的总和做出实时估计和补偿。仿真实验表明,自抗扰控制性能优于传统的PID控制。通过DSP(digital signal processor)编程,将自抗扰控制器应用于非圆车削。切削加工试验结果表明,自抗扰控制具有良好的控制品质,快速伺服刀架跟踪精度控制在±5μm以内。     

扩张状态观测器的抑制扰动性分析

自抗扰控制技术是近年来为了适应数字控制时代而迅速发展起来的新的控制系统综合方法,具有精度高、收敛快、低超调、抗干扰等优点,在高速精加工机床自动控制等领域有着广泛的应用前景.分析扩张状态观测器的基本原理,探讨扩张状态观测器用于抑制系统的量测具有噪声的可能性,给出自抗扰控制技术用于滤波的研究结果.通过适当选取其参数,扩张状态观测器就有很好的扰动抑制作用,并提供了一些仿真实例.实验表明,这种新型的控制技术对高频噪声具有较好的滤波特性.     

一种线性自抗扰控制器参数自整定方法

针对线性自抗扰控制器参数难于整定的问题,提出了一种基于动态响应过程时序数据挖掘的参数自整定算法. 算法以线性自抗扰控制器中线性误差反馈律的两个增益信号回路的动态响应为参数调整对象,通过改进变收缩系数的随机搜索算法进行参数整定,记录动态响应过程数据,基于关联关系挖掘得到控制参数调整策略应用于线性自抗扰控制器的参数自整定. 为验证本文提出的参数自整定方法的实际效果,以液压自动位置控制系统为控制对象,分别采用阶跃响应仿真和Monte Carlo实验进行对比研究. 结果表明,基于数据挖掘参数自整定的线性自抗扰控制器动态响应较好,鲁棒性较强,改进了变收缩系数随机搜索算法调整时间较长以及传统线性自抗扰控制器超调较大的缺点,是一种具有实用性的线性自抗扰控制器参数自整定方法.     

基于改进遗传算法的自抗扰控制器优化设计

针对超空泡航行体受力特征及其航行时具有非线性、时滞与耦合等复杂问题,提出可根据适应度对控制参数进行自适应动态调整的改进遗传算法。通过建立超空泡航行体纵向模型,设计专用自抗扰控制器对其进行控制,并针对控制器参数多、调节困难的问题,改进了自适应遗传算法对其精确优化。最后通过特性仿真,验证了基于改进的自适应算法的自抗扰控制器相比经典自抗扰控制器的优势。仿真结果表明,该自抗扰控制器符合实际需求,具有良好的控制效果。     

基于多目标遗传算法的船舶航向自抗扰控制器参数整定

针对自抗扰控制器参数整定通常采用“试凑法”,整定过程繁琐复杂,无法顺利得到合理控制参数的现状,根据自抗扰控制器设计的“分离性原理”提出了一种“三步优化法”.该方法利用多目标遗传算法对自抗扰控制器参数进行分步优化,可解决自抗扰控制器参数众多、难以便捷的整定问题.对带舵机约束的15万t级油船航向二阶自抗扰器参数进行整定.结果表明,该方法行之有效,便于工程应用.     

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。     

一种单神经元自抗扰控制器

针对自抗扰控制器可调参数多且不易整定的问题,提出了一种用单神经元改进非线性状态误差反馈控制律的算法.利用神经网络的自学习能力,采用一个单神经元构造自适应参数,使参数依据系统误差的变化自动作相应地调整,从而完成参数的在线自整定.仿真结果表明,改进后的控制器调整参数大大减少,而且具有更强的适应性和鲁棒性.     

Trajectory tracking control based on linear active disturbance rejection controller for 6-DOF robot manipulator

The trajectory tracking control for a 6-DOF robot manipulator with multiple inputs and outputs, non-linearity and strong coupling is studied. Firstly, a dynamical model for the 6-DOF robot manipulator is designed. From the view point of practical engineering, considering the model uncertainties and external disturbances, the robot manipulator is divided into 6 independent joint subsystems, and a linear active disturbance rejection controller(LADRC) is developed to track trajectory for each subsystem respectively. LADRC has few parameters that are easy to be adjusted in engineering. Linear expansion state observer(LESO) as the uncertainty observer is able to estimate the general uncertainties effectively. Eventually, the validity and robustness of the proposed method adopted in 6-DOF robot manipulator are demonstrated via numerical simulations and 6-DOF robot manipulator experiments, which is of practical value in engineering application.