基于主从交互式萤火虫群优化算法的船舶航向分数阶PID控制

为了改善船舶航向控制的效果,本文首次运用了分数阶PID控制方法,并提出一种新的主从交互式萤火虫优化算法,以优化控制器参数,使得达到控制性能指标最优的目标。根据船舶动力学模型,以船舶实际参数作实验,实验结果表明经过FA优化的分数阶PID控制器,比PSO算法具有更好的控制性能。通过敏感性分析验证了算法求出的FOPID参数具有鲁棒性,当系统参数大幅度变化时不需要重新设置。证明了经萤火虫算法优化的分数阶PID控制器能够更好地满足船舶航向控制的需求。     

基于分数阶PID的连续变焦控制系统设计与实现

连续变焦系统是一种能够进行连续视场变换的光电成像装置，可对目标进行连续探测和识别，具有快速、稳定的特点。针对其高精度，高稳定控制需求，提出一种分数阶PID(proportion integration differentiation)控制器设计方法，该方法利用内模控制策略构造含有3个整定参数的分数阶PID控制器，且这3个参数通过给定系统穿越频率和相位裕度获得，大大简化了分数阶PID控制器的设计，同时提高了控制器的可实现性。在Matlab平台同传统整数阶PID进行了控制效果对比，仿真结果表明：分数阶PID控制器将稳态误差由0.1 mm提升至0 mm，具有抗干扰性强、鲁棒性强、数字实现后无超调、静差小的特点。最后将数字分数阶PID应用于实际的连续变焦系统，系统可获得清晰稳定的图像，验证了控制策略的有效性。     

电感电流伪连续模式下分数阶Boost变换器的非线性控制

基于电容和电感都是分数阶的事实,采用分数阶微积分理论,建立了电感电流伪连续模式下Boost变换器的分数阶状态空间平均模型.针对其分数阶模型具有仿射非线性系统的特点,根据分数阶的类Lyapunov稳定性理论,设计了适用于分数阶电感电流伪连续模式下Boost变换器的一种分数阶非线性控制器.依据分抗链及改进的Oustaloup分数阶近似算法,得到了分数阶电感和电容的等效电路模型,用Matlab/Simulink软件对所设计的控制器进行了仿真验证.结果表明:所设计的分数阶非线性控制器对分数阶电感电流伪连续模式下的Boost变换器的动态和稳态性能有显著的提高,并且在输入电压和负载大幅度波动的情况下,仍然能够确保系统具有良好的稳定性和动态性能.     

复杂高阶对象的预测PID控制

针对复杂高阶对象提出了一种基于数值最优模型降阶方法,并基于这种降阶模型设计了预测PID控制器,将此控制器应用于原始模型能够得到很好地控制效果。数值最优模型降阶算法使高阶对象能近似为一阶加时滞对象或二阶加时滞对象,通过模型阶跃响应和Bode图对比,降阶模型曲线很好地逼近原始模型曲线。预测PID对大时滞对象有着很好地控制效果,模型降阶使得预测PID很好地控制复杂高阶对象,且其结构简单,可调参数少的特点。     

一种分数阶混沌系统同步的自适应滑模控制器设计

针对分数阶混沌系统的同步问题, 基于滑模控制理论和自适应控制理论, 设计了一个具有较强鲁棒性的分数阶积分滑模面, 并提出了一种自适应滑模控制器在不消除非线性项的情况下实现一类三维分数阶混沌系统同步的方法. 利用所设计的自适应滑膜控制器实现了分数阶Chen系统、分数阶Liu系统以及分数阶Arneodo系统的混沌同步. 数值模拟仿真结果验证了所设计的控制器的有效性和可行性.     

一种改进人工蜂群的分数阶PID控制器优化算法

摘 要：针对分数阶PID控制器参数整定过程参数多复杂性大,传统靠经验试凑的方法不易实现且优化效果差的问题,提出了一种改进的人工蜂群算法,实现分数阶PID控制器参数的整定.该算法通过改进人工蜂群算法中搜索方程,并引入一个淘汰机制,对分数阶控制器参数进行群智能搜索,将搜索到的参数送至分数阶PID控制器中反复迭代,以带有权值的误差绝对值积分指标（AIE）作为人工蜂群寻优的目标函数,最后得出控制器.本文以非线性系统为被控对象,经过实例仿真,验证了该算法实现的控制器比传统整数阶控制器和未改进的人工蜂群算法实现的分数阶控制器的动态性能和稳态性能都有所提高,在超调、上升时间、振荡性方面都优于未改进算法.     

基于改进射影控制的降阶高压直流附加控制器设计

针对电力系统控制器设计中,控制器阶数过高且影响控制品质的问题,提出一种基于射影定理的降阶控制器设计新方法,并对射影定理做出改进,实现抑制低频振荡的高压直流附加阻尼控制.通过总体最小二乘-旋转不变技术分析系统振荡特性并辨识出相关模型,再基于极点配置得到状态反馈矩阵,最后利用改进的射影控制理论设计输出反馈降阶控制器,同时将控制器与传统的带观测器的极点配置控制方法进行比较.仿真验证表明,基于射影控制理论的控制器效果较好,控制器阶数较低,鲁棒性强,便于工程实现.     

参数未知神经元模型的全阶与降阶最优同步

基于Lyapunov稳定性理论、最优控制原理以及分步设计方法, 为神经元系统设计了非线性反馈控制器和最优控制器. 其中非线性反馈控制器能使得两个神经元系统之间的轨道误差趋于零, 最优控制器使得在同步过程中所花费的能量达到最低. 本文以Cable模型为例, 实现了两个神经元模型的全阶最优同步; 以Cable 模型和Hindmarsh-Rose (HR)模型为例, 实现了两个神经元模型的降阶最优同步; 同时, 均能有效地辨识出系统参数. 最后通过数值模拟进一步验证了本方案的有效性.     

基于自适应滑模控制的不同维分数阶混沌系统的同步

针对异结构不同维分数阶混沌系统的广义同步问题进行研究, 设计了一种将滑模变结构理论和自适应控制理论相结合的方法.通过设计一种对外界干扰具有强鲁棒性的分数阶滑模面, 以及构造合适的自适应滑模控制器, 该控制器将系统的运动控制到滑模面上, 使系统轨道沿滑动模运动到所需的控制状态, 最终实现了两个不同维异结构混沌系统之间的广义同步.以四维超混沌Chen系统和三维Chen混沌系统为例, 对这两个系统分别进行升维和降维的同步仿真. 仿真模拟结果表明, 运用本文设计的控制器, 经过短暂的时间, 两系统的广义误差变量始终平稳地趋于零, 即证明了这种控制器的有效性. 关键词： 分数阶混沌系统 异结构 自适应滑模控制 混沌同步     

基于状态观测器的分数阶时滞混沌系统同步研究

研究分数阶时滞混沌系统同步问题,基于状态观测器方法和分数阶系统稳定性理论,设计分数阶时滞混沌系统同步控制器,使得分数阶时滞混沌系统达到同步,同时给出了数学证明过程.该同步控制器采用驱动系统和响应系统的输出变量进行设计,无需驱动系统和响应系统的状态变量,简化了控制器的设计,提高了控制器的实用性.利用Lyapunov稳定性理论和分数阶线性矩阵不等式,研究并给出了同步控制器参数的选择条件.以分数阶时滞Chen混沌系统为例,设计基于状态观测器的同步控制器,实现了分数阶时滞Chen混沌系统同步,并将其应用于保密通信系统中.仿真结果证明了该同步方法的有效性.     

基于分数阶滑模面控制的分数阶超混沌系统的投影同步

本文通过设计一个新型的含分数阶滑模面的滑模控制器,应用主动控制原理和滑模控制原理,实现了一个新分数阶超混沌系统和分数阶超混沌Chen系统的投影同步.应用Lyapunov理论,分数阶系统稳定理论和分数阶非线性系统性质定理对该控制器的存在性和稳定性分别进行了分析,并得到了异结构分数阶超混沌系统达到投影同步的稳定性判据.数值仿真采用分数阶超混沌Chen 系统和一个新分数阶超混沌系统的投影同步,仿真结果验证了方法的有效性. 关键词： 分数阶滑模面滑模控制器 稳定性分析 分数阶超混沌系统 投影同步     

基于量子并行粒子群优化算法的分数阶混沌系统参数估计

分数阶混沌系统参数估计的本质是多维参数优化问题, 其对于实现分数阶混沌控制与同步至关重要. 提出一种基于量子并行特性的粒子群优化新算法, 用于解决分数阶混沌的系统参数估计问题. 利用量子计算的并行特性, 设计出了一种新的量子编码, 使每代运算的可计算次数呈指数增加. 在此基础上, 构建了由量子当前旋转角、个体最优旋转角和全局最优旋转角共同组成的粒子演化方程, 以约束粒子在量子空间中的运动行为, 使算法的搜索能力得到了较大提高. 以分数阶Lorenz混沌系统和分数阶Chen混沌系统的参数估计为例, 进行了未知参数估计的数值仿真, 结果显示本算法具有良好的有效性、鲁棒性和通用性.     

基于区间系统理论的分数阶混沌系统同步

通过设计一个非线性反馈控制器,实现了分数阶混沌系统的同步.与其他的分数阶混沌系统同步方法相比,提出的控制器设计方法保留了部分误差系统中的非线性项,而没有完全抵消同步误差系统的非线性项,有效改善了误差系统的控制性能.同时,应用区间分数阶线性时不变系统稳定性原理和线性矩阵不等式技术,得到了一个新的分数阶混沌系统同步的充分条件,进而获得的控制器保证了混沌系统同步.仿真结果验证了提出方法的有效性. 关键词： 区间分数阶时不变系统 分数阶混沌系统 混沌同步     

一种新的分数阶系统稳定理论及在back-stepping方法同步分数阶混沌系统中的应用

对阶次小于1的分数阶系统的稳定问题,提出了一种新的判据.基于该理论,将back-stepping方法拓展到分数阶系统中并设计控制器实现了分数阶Newton-Leipnik混沌系统的同步.数值仿真验证了稳定性理论的准确性及控制器设计方法的有效性. 关键词： 分数阶 同步 back-stepping方法 Newton-Leipnik     

基于反馈和多最小二乘支持向量机的分数阶混沌系统控制

根据分数阶线性系统的稳定理论,将混沌系统分成稳定的线性部分和相应的非线性部分.设计主动控制器,对非线性部分进行补偿,从而将分数阶混沌系统控制到平衡点.为了提高主动控制器的补偿能力,提出基于反馈的多最小二乘支持向量机(M-LS-SVM)拟合模型.通过减聚类方法将输入空间划分为一些小的局部空间,在每个局部空间中用LS-SVM建立子模型.为解决子模型相互之间的严重相关问题,提高模型的精度和鲁棒性,各个子模型的预测输出通过主元递归(PCR)方法连接.仿真实验表明该方法有助于提高补偿精度和系统响应指标. 关键词： 分数阶 混沌系统 多最小二乘支持向量机 反馈     

新分数阶超混沌系统的研究与控制及其电路实现

为了提高混沌信号的复杂性,提出了一个新的分数阶四维超混沌系统,并对该系统的混沌动力学特性进行详细的理论分析和数值仿真,Maltab仿真证实了该分数阶超混沌系统存在混沌的最小阶数为3.2阶.同时运用Multisim软件对该系统进行电路实验仿真验证.最后设计了简单有效的线性反馈控制器,并进行电路实现,仿真结果证明了控制器是有效的. 关键词： 分数阶超混沌系统 动力学特性 电路仿真 反馈控制     

分数阶超混沌Chen系统和分数阶超混沌 Rössler系统的异结构同步

分数阶系统具有更大的密钥空间, 然而异结构的分数阶系统在保密通信领域更具有普遍性, 因此, 研究异结构的分数阶同步问题具有重要的意义. 本文讨论了分数阶超混沌Chen系统和分数阶超混沌Rössler系统的异结构同步问题, 基于分数阶系统稳定性理论, 应用主动控制同步法和自适应控制同步法来设计各自不同的控制器, 使得响应系统和驱动系统同步. 数值仿真表明了本文所研究方法的可行性和有效性.     

部分线性的分数阶混沌系统修正函数投影同步

针对一类部分线性的分数阶混沌系统修正函数投影同步问题, 可通过单变量耦合构造出这类系统的响应系统, 从而提出修正函数投影同步的设计方法. 根据Routh-Hurwitz条件, 给出耦合部分线性系统实现修正函数投影同步的方法, 并设计了控制器. 该方法中控制器和误差动态方程的选择都是确定的, 理论分析和数值仿真都说明了该方法在部分线性的分数阶混沌系统中应用具有可行性和有效性. 关键词： 分数阶混沌系统 部分线性 修正函数投影同步     

分数阶Lorenz系统的分析及电路实现

频域传递函数近似方法不仅是常用的 分数阶混沌系统相轨迹的数值分析方法之一, 而且也是设计分数阶混沌系统电路的主要方法. 应用该方法首先研究了分数阶Lorenz系统的混沌特性, 通过对Lyapunov指数图、分岔图和数值仿真分析, 发现了其较为丰富的动态特性, 即当分数阶次从0.7到0.9以步长0.1变化时, 该分数阶Lorenz系统既存在混沌特性, 又存在周期特性, 从数值分析上说明了在更低维的Lorenz系统中存在着混沌现象. 然后又基于该方法和整数阶混沌电路的设计方法, 设计了一个模拟电路实现了该分数阶Lorenz系统, 电路中的电阻和电容等数值是由系统参数和频域传递函数近似确定的. 通过示波器观测到了该分数阶Lorenz系统的混沌吸引子和周期吸引子的相轨迹图, 这些电路实验结果与数值仿真分析是一致的, 进一步从物理实现上说明了其混沌特性. 关键词： 分数阶系统 Lorenz系统 分岔分析 电路实现     

自适应同步参数未知的异结构分数阶超混沌系统

基于分数阶系统稳定理论,实现了分数阶超混沌CYQY系统与参数未知的分数阶超混沌Lorenz系统间的异结构自适应同步.不仅设计了控制器,还设计了参数自适应规则并保留了非线性项.数值仿真证实了自适应控制器的有效性. 关键词： 分数阶 超混沌 同步 自适应