基于模型降阶的最优分数阶PID控制器设计

由于一些受控对象较为复杂或者模型系统阶次较高,使得控制器的设计变得非常困难,这会造成控制系统的鲁棒性和动态特性下降;文章在H₂范数模型降阶的基础上提出一种新的降阶模型结构,它可以使降阶后的模型扩展到分数阶并且更加精确地逼近各种高阶系统,并以降阶后模型的幅频、相频和对象增益变化的鲁棒特性为约束条件进行最优分数阶PID控制器的设计;仿真实验证明,与原有闭环控制系统相比,基于模型降阶的最优分数阶PID控制器控制下的闭环系统具有更好的动态性能,并且鲁棒性较强。     

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。     

基于预测PI的多变量控制在锅炉燃烧系统中的应用

在锅炉的燃烧控制系统中,燃烧对象是一个具有多变量、强耦合、强干扰、大滞后等特性的复杂过程系统,常规的PID控制无法满足实际需求。针对该问题,提出了将动态解耦方法与非线性最小二乘优化算法相结合,得到降阶模型,并运用预测PI控制算法进行控制研究。仿真结果表明：基于降阶模型的预测PI解耦控制策略具有良好的稳定性和鲁棒性,且抗干扰能力强,具有一定的实际应用价值。     

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。     

HL-2A等离子体自适应控制研究

在托卡马克装置中。等离子体控制是一项重要的基础性工作。是托卡马克装置等离子体能够平衡而正常放电运行的重要的基本条件。由于常规的PID控制器原理简单。整定方便，鲁棒性较强和不要对象精确的数学模型而被国际上多数托卡马克所采用，并且得到了一些很好的控制效果，但是它不能很好适应放电过程中等离子体参数变化如辅助加热、补充送气和弹丸注入等情况。在控制过程中，自适应控制系统不断地测量被控系统的状态和参数，实时对控制指标与期望指标比较，根据自适应控制规律及时作出决策，自动补偿模型阶次、参数和输入信号非预知的变化，改变控制器的结构和参数。以便保证系统运行在某种意义下的最优或次最优状态。     

基于等效传递函数的多变量大滞后系统的内模控制方法研究

针对多变量大滞后系统存在的强耦合、控制困难等问题,文章提出了一种基于等效传递函数的内模控制新方法;该方法首先给出了具有内模结构的等效传递函数的计算方法,得到系统的等效传递函数;然后采用麦克劳林降阶法对得到的高阶传递函数进行降阶,进而根据降阶后的模型设计内模控制器,有效避免了超前项的出现,降低了控制器设计的复杂性;同时,为了消除稳态误差,在内模控制器上添加了一个由系统稳态响应获取的稳态增益;仿真结果表明,该方法能能够消除系统的稳态误差,实现系统的设定值跟踪;本方法具有设计简单、控制性能好等特点。     

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.     

自适应光学系统的非光滑H_∞控制研究

为了设计出结构简单、低阶次的自适应光学系统鲁棒控制器,提出了自适应光学系统的非光滑H∞控制.采用传统H∞控制方法结合基于Hankel奇异值的模型降阶法,设计了全阶H∞控制器和降阶H∞控制器,控制器的阶次分别为226阶和163阶.采用非光滑H∞控制方法,所设计出的控制器仅为一个常数矩阵与4阶单输入单输出传递函数的乘积.为了验证和比较控制效果,模拟了动态大气湍流波前相位及采用全阶H∞控制器和采用非光滑H∞控制器的自适应光学系统的校正后残余波前相位,仿真结果表明,两个自适应光学系统有着近似的控制效果,证明了自适应光学系统非光滑H∞控制的有效性.     

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.     

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     

Instantaneous optimal method for vibration control of linear sampled-data systems with time delay in control

In an actively controlled system, time delay exists inevitably. Neglecting time delay may cause degradation of control performance or even induce instability to the dynamic system. In this paper, instantaneous optimal control method for vibration control of linear sampled-data systems with time delay in control is investigated. By a peculiar integral transformation, the first order state equation with time delay is transformed into the standard first order state equation, which contains no time delay. Then the optimal controller is designed based on the numerical algorithm of the regular fourth order Runge-Kutta method. Since the obtained controller contains integral term, which is not practical for control implementation, the numerical algorithm for this integral term is investigated too. Since the controller is deduced directly from the time-delay differential equation, the control method presented is prone to guarantee system stability. Thus the presented control method can be applicable to the case of large time delay. The performance of the control method is demonstrated by numerical simulation. Simulation results indicate that this control method is feasible and is an attractive strategy for dealing with the time delay in vibration control systems and is effective in suppressing maximum structural responses. Instability in structural responses may occur if the systems with time delay are controlled using the controller designed in the case of no time delay.     

Finite-time modified combination synchronization of memristive FitzHugh–Nagumo circuit with unknown disturbances

The memristor-based FitzHugh-Nagumo neuron system shows special dynamical behaviors, which make it have a good application in the fields of image processing and signal transmission. The accurate dimensionality reduction model of the system is established, which facilitates the internal interpretation and physical control of the multistability that depends on the initial values. The dynamical behavior analyses of the dimensionality reduction memristive system with different original initial states are developed through bifurcation diagram and Lyapunov index spectrum. Multistability and antimonotonicity with periodic-chaotic bubbles are investigated. The sliding mode control method with a smooth function is designed to achieve the finite-time synchronization of the multistable memristive neuron systems, which make three different behaviors of systems synchronized. The sliding mode controller can enable the system to quickly and smoothly implement combination synchronization within finite time. Numerical simulations show the effectiveness of the sliding mode controller designed.     

电机温度时滞耦合系统自抗扰控制仿真研究

电机温度过高会造成绝缘性能老化,电机安全性能下降。电机控制系统是典型的非线性系统,电机温度也因此具有时滞性和耦合性的特点,难以建立准确的数学模型。传统的方法对电机温度的控制精度较差,从而导致电机温度失控。为此,提出基于BP神经网络自抗扰控制算法的电机时滞耦合关系下温度控制方法。将BP神经网络与PID控制方法相结合建立电机温度网络自抗扰控制器模型,利用梯度下降法修正电机温度控制器模型的权值系数,从而实现了BP神经网络自抗扰控制器参数的实时调整。实验结果表明,利用BP神经网络自抗扰算法进行电机时滞耦合关系下温度调整,能够有效提高控制的精确度,缩短了控制过程中的时间延时。     

时滞复Lorenz混沌系统特性及其自时滞同步

自时滞同步是指保持混沌系统结构和参数不变的情况下, 使时滞系统和原系统同步, 从而避免了现实中因为时滞而产生的各种问题. 本文以时滞复Lorenz系统为例, 研究其动态特性及时滞因数的影响, 并提出了一种非线性反馈控制器实现了复Lorenz系统的自时滞混沌同步. 数值仿真结果验证了该控制器的有效性. 该控制器只对部分状态进行控制, 实现了所有状态的同步, 原理简单, 易于工程实现. 关键词： 时滞系统 复混沌系统 自时滞同步 Lyapunov指数     

PID数字控制器多指标优化模拟设计方法研究

建立PID数字控制器多指标统一优化模拟设计方法;用SIMULINK仿真研究数字PID控制对模拟PID控制的复现能力和PID计算机控制系统的阶跃响应,用MATLAB仿真筛选PID参数的优化组合值;提出并建立了一种新的PID数字控制器多指标优化模拟设计方法,包括:PID初值确定方法、模拟PID优化参数MATLAB筛选方案和软件流程图、模拟PID参数转换数字PID参数的方法、SIMULINK仿真验证设计结果的有效性的方法等;研究表明,该方法可用于1～5ms采样周期的PID数字控制器多指标优化模拟设计,且能独立使用、无需PID经验数据和其它设计/整定方法;提供了4个代表性的实例设计,验证了该方法的有效性。     

OPTIMAL CONTROL METHOD WITH TIME DELAY IN CONTROL

Optimal control method for active vibration control of linear time-delay systems is investigated in this paper. In terms of two cases that time delay is integer and non-integer times of sampling period, motion equation with time delay is transformed as standard discrete forms which contain no time delay by using zero order holder respectively. Discrete quadratic function is used as objective function in design of controller to guarantee good control efficiency on sampling points. In every step of computation of the deduced controller, it contains not only current step of state feedback but also linear combination of some former steps of control. Because the controller is deduced directly from time-delay differential equation, system stability can be guaranteed easily, thus this method is generally applicable to ordinary control systems. The performance of the control method proposed and system stability when using this method are all demonstrated by numerical simulation results. Simulation results demonstrate that the presented method is a viable and attractive control strategy for applications to active vibration control. Instability in responses occurs possibly if the systems with time delay are controlled using controller designed in case of no time delay.     

Novel design for bifurcation control in a delayed fractional dual congestion model

This letter puts forward an ingenious feedback control method with parametric delay to manipulate bifurcation control for a delayed fractional dual congestion model. By employing time delay as a bifurcation parameter, the local dynamics involving stability and Hopf bifurcation is examined. The control efforts can be realized with or without time delay in the strength of feedback control. It suggests that the stability performance is consumedly elevated by exploiting the parametric delay feedback controller, yet Hopf bifurcation engenders ahead of time in the event of the absence of the controller. Moreover, the impact of the order or linear feedback gain on the bifurcation point is numerically discussed via aborative calculation. Numerical simulations are eventually actualized to corroborate the proposed scheme.     

A Simplified Fractional Order PID Controller’s Optimal Tuning: A Case Study on a PMSM Speed Servo

A simplified fractional order PID (FOPID) controller is proposed by the suitable definition of the parameter relation with the optimized changeable coefficient. The number of the pending controller parameters is reduced, but all the proportional, integral, and derivative components are kept. The estimation model of the optimal relation coefficient between the controller parameters is established, according to which the optimal FOPID controller parameters can be calculated analytically. A case study is provided, focusing on the practical application of the simplified FOPID controller to a permanent magnet synchronous motor (PMSM) speed servo. The dynamic performance of the simplified FOPID control system is tested by motor speed control simulation and experiments. Comparisons are performed between the control systems using the proposed method and those using some other existing methods. According to the simulation and experimental results, the simplified FOPID control system achieves the optimal dynamic performance. Therefore, the validity of the proposed controller structure and tuning method is demonstrated.     

基于遗传算法的统一混沌系统比例-积分-微分神经网络解耦控制研究

提出了采用改进的遗传算法优化比例-积分-微分(PID)神经网络解耦控制器的连接权值，从而实现PID控制器参数的优化及非线性多变量系统的解耦控制. 改进的遗传算法优于基本遗传算法，它使寻优过程中的计算量减少，计算效率提高，收敛速度加快. 将优化后的PID神经网络解耦控制器应用于统一混沌系统的控制中，仿真实验收到良好的控制效果，证明了PID控制器应用于统一混沌系统控制的有效性. 关键词： 混沌系统 遗传算法 比例-积分-微分 神经网络