遗传算法在跨超声速风洞总压控制中的应用

总压作为风洞控制中的重要流场参数,其调节性能是风洞控制系统能否满足试验要求的重要指标,为提高跨超声速风洞的总压控制水平,需对总压控制策略进行设计。针对某跨超声速风洞对总压控制系统提出的快速性和精确性要求,提出串级控制、智能PID控制和总压分段控制等方法,并利用MATLAB系统辨识工具箱对流场调节阶段的总压系统模型进行了辨识。提出将遗传算法应用于风洞流场调节阶段的PID控制器参数整定中,重点对基于遗传算法的PID控制原理和参数整定步骤进行介绍,并针对遗传算法的遗传算子进行了设计。系统仿真和风洞实际运行情况表明：该方法较常规PID参数整定与优化方法,具有更好的控制性能指标,满足总压控制系统精确性、快速性、鲁棒性等要求,为后续风洞建设和设备改造提供了新方法。     

叶栅风洞控制方法分析与实现

为解决叶栅风洞气罐容量小气源压力下降快给流场控制带来的难题,采用动态变参数和积分分离PID控制算法实现了叶栅风洞流场快速稳定和目标压力高精度控制目的;以调压阀后压力为控制点,采用叶栅入口压力误差值对控制点压力进行修正的方法,解决了常压和增压试验中控制滞后问题;变参数PID控制和选用具有确定对应关系控制点并对实际误差进行修正的方法,对小型暂冲风洞高精度压力控制和滞后问题的解决具有一定借鉴意义。     

基于蚁群算法的车身振动主动控制研究

针对乘用车车身结构振动抑制问题,采用基于蚁群算法的参数自适应PID控制器,以压电元件为测量和控制元件,进行了振动主动控制仿真和实验研究;首先对白车身结构进行实验模态分析,确定了压电元件的布片位置并确定压电控制的传递关系,然后设计基于蚁群算法的PID参数自适应控制器,制定了控制方案,进行了模拟仿真分析,最后搭建试验平台,以某国产乘用车白车身为被控结构,进行了车身振动主动控制实验;系统仿真和实验结果表明,施加控制时车身的振动幅值较未施加控制时大幅减小,在振动幅值较大的低频区域,其振动幅值明显降低;从而验证了应用基于蚁群算法的参数自适应PID控制技术,不仅可以有效降低车身的振动幅度,而且对传统控制方法控制效果不佳的振动低频区域,控制效果明显。     

基于智能竞标的自适应轨压控制算法

设计了一种应用于高压共轨柴油发动机的轨压控制算法。算法采用组合竞拍机制以解决复合工况下的轨压扰动问题,并设计了一种分段动态标定算法以解决传统PID标定算法计算效率低的问题,此外算法针对柴油发动机特性对PID控制器进行了多项改进以提高算法响应速度和跟随性。最后通过仿真实验对算法进行了验证,实验结果证明本算法对输入转速信号及喷油期望值具有良好的跟随性和响应速度,并且轨压控制较为平稳,其波动幅度不超过1%,基本符合高压共轨柴油发动机正常工作的需要。     

基于动态布谷鸟搜索算法的PID控制器参数优化

针对传统PID控制器参数优化费时且不能保证获得最佳性能,提出一种基于动态布谷鸟搜索算法的PID控制器参数优化方法。布谷鸟搜索算法(CS)具有参数少、搜索能力强等特点,但是标准布谷鸟搜索算法参数采用固定值,极大地影响了算法的性能,因此提出了动态布谷鸟搜索算法(DCS),DCS算法采用动态参数,算法性能明显改善。仿真试验结果表明基于动态布谷鸟搜索算法的PID控制器具有较好的控制性能指标。     

某结冰风洞喷雾水压控制系统设计

喷雾系统作为某结冰风洞关键子系统之一,用以模拟高空云雾环境,其喷嘴前端水压控制精度和快速稳定性对提高云雾均匀性和风洞试验效率具有重要意义。针对该风洞喷雾水压系统设备数量多、布局分散的特点,设计了主从控制网络拓扑结构;针对系统指标要求高、环境条件严苛的特性对调节阀执行机构的定位精度、控制系统的可靠性等进行了设计,最后分析了系统多支路并联调压的特性,提出了控制策略,并基于分段PID算法实现了喷雾水压的精确和快速控制。该设计方法对复杂工况下风洞系统设计以及多支路并联调压系统的设计具有借鉴作用。     

基于模糊PID的磁悬浮球控制系统研究

针对磁悬浮球系统的本质不稳定性,设计模糊PID算法实现系统的稳定控制,并使之动态性能及稳态性能满足要求;文中首先分析了磁悬浮球系统的基本原理,并进行力学分析,建立系统的数学模型,并对其中的非线性部分进行了平衡点处的线性化,而后采用用PID控制设计,PID可以实现系统的稳定控制,且控制精度较高,但对于动态性能的改善不足,且当模型中的参数改变时,PID参数的适应性较差;因此在PID参数的基础上,采用模糊PID控制,使得系统既可以满足三性要求,又可以使其具有参数变化的适应能力。     

非平行双目视觉系统水下标定与测量

针对用非平行双目视觉系统进行水下拍摄测量时,由于折射所导致的测量误差较大、精度不高的问题,建立了基于折射光路的水下双目视觉系统测量模型,并以Agrawal方法为基础,在已知两摄像机相对位置关系的前提下,对该测量模型参数标定的方法进行了改进。为验证改进的Agrawal方法的可靠性,与Agrawal方法进行水下标定对比实验。结果表明,相较于Agrawal标定算法得到的防水罩法向量这一模型参数,提出的改进算法的结果与真实值更为接近。在此基础上,应用标定后的水下双目视觉系统测量模型对水下靶标标定点间的标准距离进行测量,测量误差平均值为-0.0134 mm,最大误差为0.2073 mm,与空气中双目视觉系统测量精度相当。     

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。     

热流传感器传热特性电弧风洞实验及数值模拟

高超声速飞行器面临剧烈的气动加热环境, 电弧风洞是飞行器防热材料地面考核筛选的主力设备。热流密度是电弧风洞重要的模拟参数之一, 需要进行准确有效的测量。针对电弧风洞气流环境特点, 开展传统塞式量热计和新型同轴热电偶的对比测热试验, 并采用数值模拟对两种热流传感器的传热特性进行了分析。在电弧风洞平板自由射流试验热流密度分布在0~1 100 kW/m2范围内, 同轴热电偶的热流密度测试试验结果相对塞式量热计偏低10%~15%。数值模拟结果表明, 塞式量热计本身结构热物性参数不匹配会导致热流密度测量数值偏高至少10%, 而同轴热电偶测量数值偏高最大仅为2.19%, 相对塞式量热计具备更高的测量精度。同时, 电弧风洞中不同材质热流密度测试模型使用同轴热电偶进行测热试验时, 需要在同轴热电偶同模型之间增加适当厚度的不锈钢套以满足传感器周围环境的热匹配。      

基于增益调整型模糊PID的脉动真空灭菌器控制系统

针对目前脉动真空灭菌器控制效果不好而产生湿包的问题,结合Chien-Hrones-Reswicks整定算法,提出用模糊变增益PID的控制策略,控制器输入取控制舱内温度的偏差e和偏差变化率Δe。根据实际操作经验,加入模糊规则,输出取PID控制器2个参数的调整值,从而实现PID参数的在线自整定。在MATLAB/SIMULINK环境下进行了仿真实验,进行了传统PID控制与模糊变增益PID控制动态性能的仿真比较,结果表明采用模糊变增益PID控制策略可明显提高脉动真空灭菌控制系统的动态性能。.     

一种新的三维测量机器人手眼标定方法

为了提高三维测量机器人的手眼标定精度以更好地满足工业需求,提出了一种采用动态改变变异率的自适应差异进化算法进行手眼标定的新方法。首先构建了由线结构光测头和机器人组成的视觉测量系统,利用齐次坐标变换的方法建立了测量系统的数学模型;然后针对数学模型中的手眼关系,使用半径已知的球体,采用定点变位姿的方法,进行粗略的估计,并对手眼关系求解的精度进行分析;最后采用动态改变变异率的自适应差异进化算法对手眼关系做进一步寻优。实验结果表明,算法具有较高的求解精度。该方法用于手眼标定是可行的、有效的,整个标定过程简单,便于实际应用。     

基于自适应单神经元PID的四旋翼飞行控制研究

针对传统增量式PID控制算法在四旋翼飞行器的姿态控制中自整定参数不足的缺点,提出了一种改进的自适应单神经元PID控制算法,该算法在单神经元加权系数调整的基础上引入PSD自适应控制方法,增加了对比例系数的自适应调整;通过建立四旋翼飞行器的动力学模型和飞行试验平台对该改进算法进行仿真验证;仿真结果表明,采用自适应单神经元PID算法的控制器结构简单且响应速度快,精度高,具有更高的鲁棒性和自适应能力,能有效的实现四旋翼飞行器姿态的稳定控制。     

Smith-Fuzzy-PID在集中供热控制系统中的应用研究

供热过程存在的大惯性,时变性,滞后性等特性,严重影响了供热过程的控制性能;为了解决上述问题,针对二次网进行了基于温度的流量调节;并且分别针对滞后特性在PID的基础上加入了Smith算法,针对时变特性又在Smith和PID基础上加入模糊控制,分别就所建模型和由于扰动等外界因素造成的系统参数变化后的模型设计了Smith-Fuzzy-PID控制器并进行了仿真研究;仿真结果表明,Smith-Fuzzy-PID在模型精确和外界扰动两种情况下均能达到很好的控制效果,方法可行有效。     

基于合作目标姿态测量的新型摄像机校准方法

针对在姿态测量中摄像机成像的复杂畸变问题,提出了一种新型的摄像机校准方法。该方法不需要高精度的标定参照物,只需要利用标定靶标间的相互约束关系建立摄像机内参数与靶标特征的约束方程,从而线性求解摄像机内参数。通过非线性优化方法优化摄像机内参数,完成摄像机的标定。仿真和实验结果表明,所提出的算法对图像噪声不敏感。测量精度和可靠性都得到有效的改善,精度可达0.03pixel,说明该算法在合作目标的姿态测量中具有方法易于实现、测量精度高、可靠的优点。     

基于三维成像技术的四轮定位参数建模方法

鉴于现有四轮定位仪参数求取方法误差大、参数项目少、对测量环境要求高等不足,提出了一种基于三维成像技术的四轮定位参数建模方法;该方法通过双摄像机对目标板拍摄获得的图像信息,应用空间向量方法,求取车体运动状态下的轮轴信息,动态建立四轮定位参数测量模型,解决测量平面的动态建立、测量平台的补偿等问题;经过零标定平台测试,当车轮旋转在18~22°时,定位参数求取方法正确有效,通过实车对比测量验证,平均误差小于0.07°。     

蚁群算法PID控制器在磨机给矿控制中的应用

磨矿过程是选矿生产中的关键环节,而其中磨机负荷是磨矿过程的一个重要参数,它与生产效率和能源消耗有密切的关系;针对选矿厂球磨机运行过程具有非线性、大滞后性和时变性的特点,常规PID控制难以得到预期的控制效果;蚁群算法是一种新兴的仿生优化算法,具有较强的鲁棒性和良好的分布式计算机制,易于与PID方法相结合;因此提出了一种基于蚁群算法的PID参数优化的控制算法,实现对球磨机给矿的稳定控制,优化后的控制器与传统PID控制相比,有较好的动态和静态性能;仿真应用结果表明,该方法的实用性和有效性,超调量减少近50%,能够使磨机的给矿控制更加稳定。     

基于模型预测控制的低温控温策略设计及实验验证

低温温度计的标定中，控温策略是低温温度计标定效率和精度的重要影响因素。本研究搭建了以液氦为冷源的低温温度计全自动标定系统，通过温控仪和Python/QT编写了上位机控制程序，对标定过程中所遇到的控温性能问题进行研究。提出一种基于模型预测控制和PID结合的控温策略，通过计算机仿真进行参数优化与实验测试的方法，对PID控温和模型预测控制控温进行实验验证。结果表明，采用模型预测控制后，温度超调量仅为PID模式下的45.42%,稳态调节时间缩短为PID下的23.61%。该控制方法能够显著提高低温系统的控温性能。     

主动磁悬浮系统的变论域自适应模糊PID控制

针对主动磁悬浮轴承系统具有强非线性、强耦合、模型不确定等特点,提出了一种变论域自适应模糊PID算法。该方法通过选择合适的伸缩因子,避免了传统模糊PID控制中出现规则爆炸的问题。同时针对传统伸缩因子的函数结构和参数难以确定的特点,设计了基于模糊规则的论域伸缩因子。在SIMULINK环境中对主动磁悬浮轴承系统进行仿真,仿真结果表明,变论域模糊PID算法控制的主动磁悬浮系统具有更好的动静态性能,对外界干扰具有更强的鲁棒性。     

动平台视轴稳定控制的两种智能PID算法研究

分析了动平台下光电探测设备视轴稳定的基本原理,针对用于视轴稳定的伺服控制系统动态和稳态性能指标的高精度要求,设计了两种基于模糊控制的智能PID控制算法——FLCPID复合控制算法和PID参数模糊自整定算法。分别从理论上分析了这两种智能算法的可行性及技术特点,阐述了其设计过程。仿真计算表明,这两种基于模糊控制的智能PID控制算法均能获得优于常规PID的控制效果;FLCPID复合控制算法的调节时间小于0．05s,无超调,PID参数模糊自整定算法调节时间小于0．1s,超调量小于5％,显然前者的动态性能优于后者;后者对300ms时突加的1V扰动信号可完全抑制,有更强的鲁棒性。