带约束多项式权重LPV模型辨识算法

针对复杂工业非线性系统建模难度大、精度低等问题,基于多模型插值的变参数线性(LPV)模型辨识算法,提出双工作点变量条件下的带约束多项式权重函数结构及其参数寻优策略,以有效降低非线性系统辨识的难度并充分保证所建模型的全局稳定性.以高纯度分馏塔这一典型非线性工业过程为研究对象进行LPV模型建模与仿真,获得了较好的输出和阶跃响应曲线拟合结果,验证了LPV模型能够充分反映非线性系统的运行特性以及所提算法的有效性和实用性.     

无稳态非线性系统线性变参数模型辨识

针对无稳态非线性系统,提出2种线性变参数(linear parameter varying,LPV)模型辨识方法.对于线性权重LPV模型,结合高斯牛顿法和最小二乘法对局部线性模型的参数寻优;对于高斯权重LPV模型,采用Narendra-Gallman算法并根据参数与优化目标之间的关系,将参数分为线性部分和非线性部分并进行交替迭代.通过对循环流化床锅炉实际工业系统的建模结果和实测结果对比验证了所提算法的有效性.与带稳态LPV模型相比,3个主要输出蒸汽压力、蒸汽温度和炉膛温度均获得较好的输出拟合效果,最优匹配率分别提高52.8%,21.1%和32.2%以上.验证了所提算法在复杂工业非线性对象建模上的有效性和实用性.     

基于线性函数型权重的RBF-ARX模型的磁悬浮球系统预测控制

为了充分描述磁悬浮球系统具有非线性、开环不稳定性及响应快速性等特性,建立一个带线性函数权重的RBF-ARX(linear functional weight RBF networks-based ARX model,LFWRBF-ARX)模型。与一般的RBF-ARX模型不同之处在于,它引入1个与工作点状态相关的局部线性结构作为RBF网络输出层的权值。该模型随系统工作点的变化而变化,固定工作点时为局部线性ARX模型,当工作点变化时为全局非线性ARX模型。根据该模型的结构特点,采用结构化非线性参数优化方法(structured nonlinear parameter optimization method,SNPOM)来辨识模型的结构及线性、非线性参数。然后,以辨识的模型为基础,根据模型的局部线性及全局非线性特征设计预测控制器。仿真结果表明:以该建模方法建立的模型能很好地局部和全局描述磁悬浮球系统的动态特性,并能实现小球的稳定悬浮控制,比以一般ARX模型、RBF-ARX模型为基础的控制效果更好。     

LPV模型的非线性PID控制算法

以LPV模型为被控对象,提出一种适合动态系统、整定简便的非线性PID控制算法。针对LPV模型时变非线性运行特性,引入工作点变量,采用传统Ziegler-Nichols法整定被控对象在工作点处的局部PID控制参数,通过高斯插值使控制参数在系统操作轨迹上的平滑过渡,有效避免控制参数突变对系统的冲击以及被控模型改变引起的误差,实现了对被控非线性对象的高效稳定控制.     

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.     

Buck变换器线性参数变化模型的增益调度控制

针对开关变换器的输出电压极易受到输入电压或者负载波动的影响,提出一种建立在Buck变换器线性参数变化(LPV)模型基础上的增益调度控制策略.首先,将Buck变换器的小信号模型转换成以负载电阻和输入电压作为变参数的LPV模型,基于LPV的凸分解方法,利用线性矩阵不等式(LMI)技术对凸多面体各顶点分别设计满足H∞和闭环极点配置的反馈控制器,再插值各顶点所设计的反馈控制器,综合得到具有多面体结构的LPV控制器.该方法在线计算量小,容易实现.最后,通过仿真验证了设计方法的有效性,与传统的鲁棒控制策略的控制器相比,所设计的LPV控制器受Buck变换器中输入电压和负载电阻波动影响较小,具有更好的控制性能.     

尺度变换下的直流电机参数辨识方法与实验验证

针对传统参数辨识方法计算复杂且依赖过多测试数据的问题,提出一种基于尺度变换的直流电机参数辨识新方法.首先,建立具有驱动放大系数和响应时延的电机系统与一类标准化对象之间的频域/时域尺度变换关系.然后,分析标准化对象的阶跃响应特征与主导参数的作用,结合主导参数定义,拟合反映阶跃响应特征的函数.最后,基于尺度变换与特征函数,给出电机模型参数的直接计算方法和优化计算方法.仿真和实验结果表明:文中所提方法具有正确性和有效性.     

一类不确定性切换LPV系统的输出反馈H∞控制

针对一类含不确定性的切换线性变参数(LPV)系统研究其输出反馈H_∞控制问题.首先设计含驻留时间约束的参数与状态依赖的切换律，基于多参数依赖Lyapunov方法，给出闭环系统渐近稳定且满足H_∞性能指标的充分条件.然后解决控制器的可解问题，借助线性矩阵不等式给出控制器中未知参数的设计方法.最后通过数值算例验证方法的可行性.     

双闭环Buck变换器系统模糊PID控制

针对传统线性PID控制对复杂控制对象难以建模及人工整定经验缺乏等问题,提出了一种双闭环Buck变换器系统的模糊PID控制策略。首先,设计了电压外环和电流内环结构以同时提高系统的抗扰性和跟随性;其次选择高斯函数和三角形函数相结合的隶属度函数以使控制器对小误差的灵敏度得以增强;接着,针对PID参数分别设计了3个子推理器并通过基于专家经验的规则库制定出Buck变换器的模糊规则,可以使控制器不依赖于Buck变换器系统精确的数学模型,从而克服传统PID控制导致的输出电压高超调、振荡等缺点;最后,设计了一套新型双闭环Buck变换器硬件系统,利用STM32单片机将模糊PID算法首次用于控制变化速度快、时滞小的被控量。实验结果表明:模糊PID控制策略不仅能够提高输出电压跟踪精度,还能有效抑制负载扰动及参数摄动,在阶跃启动下,系统输出电压超调量低于10%,调节时间低于3ms;与传统PID单环系统相比,其输出电压纹波、扰动下的最大动态压降和恢复时间均减小了一个数量级以上。     

超空泡航行体LPV鲁棒变增益控制

针对超空泡航行体动力学模型存在强非线性及耦合等特点,提出一种基于松弛变量的线性参数变化(LPV)系统鲁棒变增益控制器设计方法.通过对系统中非线性滑行力进行分析变换,将非线性系统转换为含有变参数的线性参变系统,由调度策略得到其多胞形描述形式.为降低系统保守性,在多胞形各顶点设计控制器时引入松弛变量,实现系统矩阵与李雅普诺夫函数解耦,将各顶点控制器进行插值综合后得到依赖参数调节的系统全局控制器.仿真结果表明:所设计的控制器能够使系统快速准确地跟踪给定指令,同时对外界干扰具有一定的鲁棒性.     

基于改进RLM算法的横向控制过程的系统辨识

横向控制过程测量数据的稀疏性以及模型的高维性、强耦合和不确定性使得系统模型难以辨识.为快速、准确地辨识系统模型,文中提出了一种改进的递推LevenbergMarquart(RLM)算法.首先阐述了横向控制过程的二维参数化模型和辨识该模型的阶跃辨识方法,然后通过修正RLM算法的目标函数来改进RLM算法,并应用改进RLM算法实时递推辨识系统参数化模型的对位、稳态空间响应和动态响应.仿真实验与实际应用结果显示,该辨识方法不仅可以一致地辨识系统参数化模型的空间响应与动态响应,而且具有比传统RLM算法更快的收敛速度.     

用于非线性系统的合成故障诊断方法

鉴于对线性系统的故障诊断方法比较成熟,而对非线性系统的故障诊断还有很大不足的状况,将非线性系统在多个工作点进行分段线性化.在非线性系统中借鉴线性故障诊断方法,对每个工作点的模型进行线性故障诊断设计,取得工作点密度和故障诊断性能的均衡,同时使用动态神经网络对各个工作点的工作参数进行拟合.该方法将一组改进的鲁棒观测器与一个为其确定参数的动态神经网络相结合,对非线性系统进行故障诊断.用典型的3水箱模型验证了这个合成方法,验证结果显示,该方法有很好的全局工作点适应性和对干扰的鲁棒性.     

基于多工作点模型的高精度鲁棒伺服控制器设计

为了满足永磁同步电动机伺服系统的高精度应用需求,提出了一种基于多工作点模型的鲁棒控制器设计方法。该方法首先进行标称控制器设计,利用反馈线性化将电机模型变换为含有等价干扰的线性模型,并设计线性控制律,让标称控制系统跟踪参考输出信号,然后设计鲁棒补偿器,抑制等价干扰的影响,最后利用不同工作点的设计结果,确定最终鲁棒控制器参数。理论证明了该文闭环控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒跟踪特性。实验结果表明所设计的鲁棒伺服控制系统在不同工作点下均具有期望的鲁棒转速跟踪特性和扰动抑制特性。     

基于多工作点模型的高精度鲁棒伺服控制器设计

为了满足永磁同步电动机伺服系统的高精度应用需求,提出了一种基于多工作点模型的鲁棒控制器设计方法。该方法首先进行标称控制器设计,利用反馈线性化将电机模型变换为含有等价干扰的线性模型,并设计线性控制律,让标称控制系统跟踪参考输出信号,然后设计鲁棒补偿器,抑制等价干扰的影响,最后利用不同工作点的设计结果,确定最终鲁棒控制器参数。理论证明了该文闭环控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒跟踪特性。实验结果表明所设计的鲁棒伺服控制系统在不同工作点下均具有期望的鲁棒转速跟踪特性和扰动抑制特性。     

一阶惯性延时系统的免分析建模法——MATLAB在大林算法建模仿真中的应用

利用MATLAB软件对一阶惯性延时系统免分析建模.通过对实际被控对象施加阶跃激励可获得实际系统的阶跃响应数据,利用MATLAB软件的“fminsearch”命令可方便地求得与实际数据有最小均方差的响应曲线数学表达式,通过变换运算得到被控对象的传递函数Gp(Z).根据大林(Dahlin)控制算法理论,先设定期望的闭环系统函数Φ(Z),由此二函数便可得到控制器的函数Gc(Z).利用MATLAB中的SIMULINK工具建立仿真模型,通过对此模型的仿真运行,便可得到控制器的最佳参数.     

神经网络辨识的液压挖掘机LPV模型

针对液压挖掘机动臂关节的非线性建模问题,提出一种基于神经网络的线性变参数(LPV)模型的辨识方法.在各个工作点处根据其关节速度的一阶惯性加延迟模型,获得其关节角度模型;结合调度变量特性,采用神经网络辨识出LPV模型的参数,设计出挖掘机动臂在全局工作范围的LPV模型.通过仿真实验,验证了该方法的有效性和模型的准确性.     

基于系统特征数据辨识的控制器设计

介绍了一种基于系统特征数据的控制器设计算法.该算法仅根据被控对象的输入、输出采样数据,按照卷积定理计算出被控对象的单位脉冲响应作为系统的特征数据;在控制量约束条件下,根据特征数据以最速响应为控制目标规划出输出参考数据和最速控制律;然后根据控制目标和最速控制律的要求计算出理想控制器的特征数据;最后,根据控制器的特征数据辨识出线性控制器参数.仿真结果表明,控制结果具有最速参考控制的特征.     

一种基于跟踪误差变化率的动态矩阵控制算法

作为一种基于对象阶跃响应的预测控制算法,动态矩阵控制在性能指标函数中通过对跟踪误差的优化及对控制量增量的软约束来保证控制的性能,指标函数中并没有考虑跟踪误差变化率对系统动态响应的影响.为了使对象具有更好的动态响应,笔者基于优化性能指标函数中的跟踪误差项,在指标函数中引入跟踪误差的微分项,提出一种改进动态矩阵控制算法,使得对象的动态响应更加平稳,闭环系统的鲁棒性更强.理论分析和计算机仿真结果表明了改进后的算法使系统具有更好的控制品质.     

位置伺服系统PID控制器参数在线整定算法

为了使ＰＩＤ控制器参数能够在线自动调整,获得最优或次优的控制器参数,提出了基于浮点数编码遗传算法（ＧＡ）的位置伺服系统ＰＩＤ控制器参数在线整定算法（ＧＡＣＰＴ）,设计了相应的改进遗传操作,同时提出了通过运动学习保证控制器稳定鲁棒性的适合度函数设计方法．完成一次ＰＩＤ控制器参数在线整定只需１０ｍｉｎ,效率较人工整定有很大提高．对一个实际机电位置伺服系统的仿真研究表明,ＧＡＣＰＴ算法能够在对象参数未知时,使系统阶跃响应趋于期望曲线,高效地完成ＰＩＤ控制器参数在线整定．该方法可用于数控机床位置伺服控制、过程控制等一般工业控制系统,以及机器人高精度轨迹控制系统．     

由三I算法构造的一些模糊控制器及其响应能力

首先给出了51个模糊蕴涵算子的三I算法的表达式,在此基础上详细讨论这51个模糊蕴涵算子基于三I算法构成的单输入单输出和双输入单输出模糊控制器,并分析了它们的响应能力.结果表明,只有1个模糊蕴涵算子基于三I算法构成的模糊控制器具有函数的泛逼近性;另有1个模糊蕴涵算子基于三I算法构成的模糊控制器近似为拟合函数;35个蕴涵算子基于三I算法构成的模糊控制器只具有阶跃响应能力;14个模糊蕴涵算子基于三I算法构成的模糊控制器为未定型.