基于模糊PID的UEGO传感器控制方法研究

宽域废气氧(Universal Exhaust Gas Oxygen，简称UEGO)传感器具有较宽的空燃比测量范围，广泛地应用于稀燃发动机空燃比控制系统。UEGO传感器需要配套控制器才能正常工作，通过控制传感器的温度和泵电流，实现空燃比的测量。然而，UEGO传感器温度具有非线性，泵电流参数存在摄动，给其控制带来了困难。为了缩短冷启动时间，采用斜坡加热与模糊PI相结合的分段温度控制策略，以克服温度的非线性和冷启动的加热限制；采用基于OE模型的系统辨识法，建立不同工况下的泵电流模型，据此采用模糊PID的控制方法提高泵电流的控制精度与响应速度，克服泵电流参数不确定性的影响，从而提高传感器的动态性能。在空气环境和混合气配气平台上进行实验，结果表明：UEGO传感器冷启动时间少于20s，温度控制精度较高，泵电流调节时间为191ms，动态响应速度快、抗干扰能力强。     

换热器预冷的空气涡轮火箭性能分析研究

为了准确地分析以不同燃料为冷质的换热器预冷空气涡轮火箭发动机的性能,本文建立了可考虑工质组分化学平衡与工质热物性随温度和压力变化的热力循环模型。利用该模型分析了以LH2、LCH4和煤油为燃料的发动机循环性能,研究了预热温度、燃气发生器和主燃室出口温度对循环性能的影响。结果表明,换热器预冷能够降低压气机进口温度,减小相同增压比下的压缩功,提高燃料温度,减小推进剂流量,从而减小燃空比,增加比冲;燃料预热温度的提高可减小燃气发生器氧燃比,进而减小燃空比、增大比冲;较低的燃气发生器和主燃烧室出口温度可降低燃空比,提高比冲,但会造成单位推力的下降。同时,研究结果还表明,与LCH4和煤油相比,LH2的比热容与热值的比值最大,采用LH2预冷的发动机的飞行速度和比冲的增幅也最大,说明比热容与热值的比值越大,相应的预冷效果越好,即可依据燃料比热容与热值的比值定性衡量发动机的预冷效果。     

膨胀式空气涡轮火箭最大状态调节规律与性能分析

为了阐明进气预冷膨胀式空气涡轮火箭发动机在最大状态下的部件匹配规律和性能特点,基于ε—NTU法建立了换热有效度随工况改变的预冷器模型,完成了氢燃料发动机的性能仿真与分析。增大涡轮前压力、燃料流量,同时减小尾喷管喉道和出口面积,可实现压气机工作点沿等物理转速线由堵塞区向喘振边界移动,压气机压比及燃空比均增大。在此过程中,发动机若在低马赫数工作,尾喷管内燃气总压、总温升高使推力增大;在近堵塞区域,压比迅速增大导致比冲上升;在近喘振区域,压比增大减缓,燃空比的上升导致比冲下降。若在高马赫数工作,高温米流使压气机工作于低折合转速区域,工作点在等物理转速线上由堵塞区向喘振边界移动时,燃空比增加补偿了空气流量下降导致的推力衰减,总推力基本保持不变;由于低折合转速下压比增大减缓,增大的燃空比使比冲下降。     

自适应模糊PID前馈补偿在机载挂飞摆扫转台控制中的应用

针对机载挂飞转台的摆扫速度控制问题,提出了一种利用模糊自适应PID技术进行前馈补偿的复合控制策略。首先根据实际应用提出摆扫转台的期望摆扫速度曲线,并对直流力矩电机驱动的摆扫转台进行了建模;然后根据扰动前馈补偿的控制原理,提出了模糊自适应PID前馈补偿方法,为摆扫转台的速度环设计了模糊PID控制器,并在此基础上设计了与之相适应的的自适应前馈补偿函数;最后进行了仿真结果验证。通过Matlab仿真结果表明,相对于模糊PID控制,所设计的模糊自适应PID前馈补偿控制器能有效的跟踪期望的转台摆扫速度,大幅地提高了在有稳定干扰和摆扫速度越变情况下的跟踪精度。     

进气预冷富燃预燃混排涡扇发动机热力循环

为满足高超声速飞行器对高比冲和大推力发动机的需要,提出了一种可重复使用的进气预冷富燃预燃混合排气涡扇发动机(Pre-cooled and Fuel-rich Pre-burned Mixed-flow Turbofan,PFPMT)热力循环。PFPMT发动机的特点是增大内涵空气进气预冷程度,内涵压气机为富燃燃气发生器提供空气作为氧化剂,内涵空气与预冷器出口燃料混合燃烧产生富燃燃气,驱动涡轮、带动内涵压气机与风扇增压,风扇外涵空气与涡轮出口排气在主燃烧室中掺混燃烧,产生高温燃气由喷管产生推力。对发动机热力循环进行了参数化分析,发动机比冲随着压气机压比的增大而增加,尤其是随着风扇压比增加的更为明显;单位推力主要随风扇压比增加而增加,受内涵压比影响较小。发动机地面的比冲与单位推力分别可以达到4500 s与900 N·s/kg以上;在Ma=5.0飞行条件下,发动机比冲与单位推力在3500 s与1100 N·s/kg以上。     

基于PID算法的磁场闭环控制技术研究

已有的束流磁场控制方法大多采用开环的方式,即根据磁场需求直接设置磁铁电源输出的电流或电压值。但开环状态的磁场在现场噪声以及磁铁自身涡流效应的影响下,极容易发生偏移。针对此问题,设计了基于PID算法的磁场闭环控制系统。该系统以偏转磁铁为控制对象,使用霍尔传感器获取磁场值作为反馈,磁铁电源励磁电流的输出作为控制系统的输入量。控制器使用PID算法对磁铁电源输出进行自动调整,从而实现对磁场的闭环控制。最终结果表明,在PID参数调试得当的情况下,使用磁场在线测量值作为反馈信号,去实时调节磁铁电源的励磁电流大小的闭环控制方法,可以有效地降低磁场偏移。     

无人机飞行仿真平台控制系统设计

为了便于在实验室模拟无人机在空中的偏航、俯仰、翻滚3个自由度的飞行姿态,设计了一套用于验证飞行控制系统的三轴转台半物理仿真系统;给出了系统的硬件结构和控制策略;转台系统采用TMS320LF2407作为核心处理器并采用旋转变压器作为反馈环节组成位置和速度的闭环控制;为了提高传统PID的控制精度,提出了一种速度、加速度前馈补偿PID控制方法,有效解决了位置随动系统的快速性和准确性这一矛盾;实验运行结果表明,该平台运行良好,控制精度高,能较好实现对无人机飞行姿态的模拟。     

基于自抗扰算法的“动中通”系统控制策略

动中通”(SOTM)伺服控制系统通常采用三闭环PID控制策略进行控制器的设计;然而,由于系统扰动和系统时变性参数的存在,传统PID算法难以保证“动中通”系统稳定、可靠地工作;针对传统控制策略的弊端,建立了“动中通”系统数学模型,并提出了一种基于自抗扰(ADRC)算法的双闭环控制策略;仿真实验表明,基于ADRC的双闭环控制策略不仅具有更快的响应速度和更高的控制精度,还有更强的鲁棒性,能有效地弱化系统扰动的影响,满足“动中通”系统的功能需求。     

混合气体燃料(含不可燃成分)燃气热力性质的计算及讨论

燃气轮机可燃用含不可燃成分的混合气体燃料,如炼厂气等,其成分有的是变化的。为此,本文从完全燃烧方程出发,直接用燃料气各成分的容积百分比,在[1]和[2]的基础上,提出了燃气热力性质、燃料系数、燃空比和用燃料系数计算燃气成分的应用计算方法,编制了计算机程序。最后以炼厂气为例作了计算和讨论。     

基于类前馈解耦的双模糊控制在电站锅炉燃烧系统的仿真研究

为了进一步提高目前电站锅炉燃烧系统的控制性能,在分析了某亚临界锅炉燃烧系统动态特性与影响因素的基础上,将各回路主控制器采用可以适时调整控制器参数的模糊自适应PID控制器,并且根据前馈补偿解耦原理在各耦合回路间增加类前馈补偿的模糊解耦控制器来实现全新的燃烧系统优化设计;通过MATLAB仿真表明,采用文章提出的双模糊控制策略相比常规的模糊自适应PID控制,响应时间缩短了45.2%,超调量降低了53.6%,调节时间减少了32.7%,鲁棒性增强,控制性能有了很大提升。     

Aeroelastic dynamic response and control of an airfoil section with control surface nonlinearities

Nonlinearities in aircraft mechanisms are inevitable, especially in the control system. It is necessary to investigate the effects of them on the dynamic response and control performance of aeroelastic system. In this paper, based on the state-dependent Riccati equation method, a state feedback suboptimal control law is derived for aeroelastic response and flutter suppression of a three degree-of-freedom typical airfoil section. With the control law designed, nonlinear effects of freeplay in the control surface and time delay between the control input and actuator are investigated by numerical approach. A cubic nonlinearity in pitch degree is adopted to prevent the aeroelastic responses from divergence when the flow velocity exceeds the critical flutter speed. For the system with a freeplay, the responses of both open- and closed-loop systems are determined with Runge-Kutta algorithm in conjunction with Henon’s method. This method is used to locate the switching points accurately and efficiently as the system moves from one subdomain into another. The simulation results show that the freeplay leads to a forward phase response and a slight increase of flutter speed of the closed-loop system. The effect of freeplay on the aeroelastic response decreases as the flow velocity increases. The time delay between the control input and actuator may impair control performance and cause high-frequency motion and quasi-periodic vibration.     

基于自适应遗传算法的改进PID参数优化

PID控制的控制性能取决于PID参数的设置,针对传统PID参数整定和优化过程中存在的问题进行了PID控制改进,提出了自适应遗传算法整定和优化PID参数的方法。改进PID控制将系统的综合性能控制区分为不同目标的局部性能控制,采用自适应遗传算法针对不同控制目标进行PID参数寻优,选择、交叉和变异概率的自适应改变在保持种群多样性的同时加快算法收敛。改进的PID控制和遗传算法有效提高了PID参数寻优能力,提高了控制系统的响应能力和稳定性。最后通过发动机怠速转速控制应用表明本算法的可行性和有效性。     

Dynamic behavior of time-delayed acceleration feedback controller for active vibration control of flexible structures

This paper addresses the design problem of the controller with time-delayed acceleration feedback. On the basis of the reduction method and output state-derivative feedback, a time-delayed acceleration feedback controller is proposed. Stability boundaries of the closed-loop system are determined by using Hurwitz stability criteria. Due to the introduction of time delay into the controller with acceleration feedback, the proposed controller has the feature of not only changing the mass property but also altering the damping property of the controlled system in the sense of equivalent structural modification. With this feature, the closed-loop system has a greater logarithmic decrement than the uncontrolled one, and in turn, the control behavior can be improved. In this connection, the time delay in the acceleration feedback control is a positive factor when satisfying some given conditions and it could be actively utilized. On the ground of the analysis, the developed controller is implemented on a cantilever beam for different controller gain–delay combinations, and the control performance is evaluated with the comparison to that of pure acceleration feedback controller. Simulation and experimental results verify the ability of the controller to attenuate the vibration resulting from the dominant mode.     

基于GA参数整定的时变时滞系统灰色预测控制

针对一类数学模型未知且存在时变时滞的复杂系统,提出一种基于遗传算法参数整定的灰色预测控制方法。该方法采用BP神经网络对系统的时变时滞进行辨识,利用灰色预测算法对系统的输出进行预测,进而使用基于遗传算法整定PID控制器对系统进行输出反馈控制。该方法将灰色预测算法与遗传算法相结合,有效提高了控制器的自适应性。通过仿真实例,结果表明该方法能够对具有大时滞、大惯性、模型不确定等特点的复杂系统进行有效地控制。该方法是可行的、有效的。     

Fractional-order optimal fuzzy control for network delay

Fuzzy logic control has been used frequently in tuning network control system (NCS) due to its on-line dynamic static non-linear match and several remarkable fractional-order controllers have achieved satisfactory control performance when applied to NCS in present years, therefore, in this paper, a novel fractional fuzzy logic controller which combined the fractional algorithm and fuzzy logic control together has been proposed to deal with fixed and random network induced delays in closed-loop feedback systems. The comparisons of set-point tracking performances of fractional fuzzy logic PID controller (FFuzzyPID), conventional fuzzy logic PID controller(FuzzyPID), fractional optimal PID controller (FOPID), and optimal PID controller(OPID) on a representative plant with fixed and random network delays have been shown with simulations. The simulation results indicate that fractional fuzzy logic controller has higher capability to handle network delays compared with other controllers in most cases.     

一种基于并行化方法的自适应光学闭环预测控制器

自适应光学系统的性能受限于伺服系统的延迟误差和波前传感器的光电子噪声。提出了一种多模型单变量预测模型,该模型采用基于Levenberg-Marquardt学习算法的前馈型神经网络。利用计算机多核处理器,设计了一个具有并行处理能力的预测控制器,来实现对自适应光学闭环控制电压的预测,以消除延迟误差的影响。通过数值仿真实验,研究了预测控制器对控制电压和远场斯特雷尔比的影响,与未采用预测控制器的系统进行了比较,并对预测算法的并行性能进行了分析。实验结果表明,使用并行化方法的预测控制器可以有效缩短系统的预测时间,提高预测算法的加速比,与经典比例积分(PI)控制算法相比可以更有效地降低系统由于伺服延迟引起的误差,远场的斯特雷尔比有明显地提高。     

同时抑制低频振荡和次同步振荡的多通道广域自适应阻尼控制

设计了一种的自适应控制算法并证明了其正确性. 通过总体最小二乘旋转不变技术辨识出系统降阶模型及相关振荡模态,利用带通滤波器将不同的振荡模态分解到多个通道,然后基于所提的自适应算法对每个振荡模态设计了自适应控制器,减小了各个控制器间的影响. 在电磁暂态程序PSCAD/EMTDC中对向上直流孤岛运行方式进行了仿真验证. 结果表明：所提控制方法相对传统比例积分微分控制有更好的控制效果;对于系统发生不同故障时具有鲁棒性. 对于系统信号传输引起的时滞导致的控制器效果变差的问题,可以通过相位补偿解决. 关键词： 超稳定理论 系统辨识 振荡 自适应阻尼控制     

Actuator saturation control of uncertain structures with input time delay

This paper presents a robust saturation control approach for active vibration attenuation of building structures involving parameter uncertainties and input time delay. The parameter uncertainties are described in both polytopic and norm-bounded forms and represent the variations of floor masses, stiffnesses and damping coefficients. The input time delay can be time-varying within a known bound. In terms of the feasibility of certain delay-dependent linear matrix inequalities (LMIs), a state feedback controller can be designed to guarantee the robust stability and performance of the closed-loop system in the presence of parameter uncertainties, actuator saturation, and input time delay. The effectiveness of the proposed approach is investigated by numerical simulations on the vibration control of a three-storey building structure subject to seismic excitation. It is validated that the designed robust saturation controller can effectively suppress the structural vibration and keep the system stability when there are parameter uncertainties and input time delay.     

基于时延补偿机理的网络化输出反馈控制器设计

本文考虑前向和反馈通道均存在网络时延的网络化控制系统,提出了一种新的动态输出反馈控制器的设计方法.针对状态可测和不可测两种情况,整个设计过程采用不同的时延补偿机理,来主动地消除网络时延的影响.同时,讨论了闭环网络化控制系统的稳定性.最后的仿真实例表明了该方法的有效性.