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.     

基于幅频自校准的高精度LVDT模拟器设计

LVDT模拟器在航空发动机的测试系统中有着广泛的应用,针对传统模拟器中由于引入变压器导致精度低的缺点,从LVDT传感器原理出发,设计了一种幅频自校准方法,利用乘法型DAC芯片实现了电路合成模拟LVDT传感器的目的并克服了变压器的幅频响应,提高了LVDT模拟器在宽频率范围的仿真精度。该模拟器已成功应用于某型号发动控制系统的地面仿真测试系统中,达到了预期效果。     

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.     

基于改进单神经元的四旋翼PID控制器设计

针对传统PID控制算法对四旋翼飞行器的姿态角进行控制时,其控制参数很难随着环境的变化进行自整定,进而影响四旋翼飞行器的稳定性的问题,提出了一种改进的PID控制算法;该算法通过改进单神经元中的K值公式提高了K_p、K_i、K_d的学习速率,从而提高了系统的响应速度;通过增加超调惩罚措施,通过适当的放大或缩小超调,可以使系统超调达到最小;通过与增量型PID、标准二次型单神经元PID算法进行比较,并且进行仿真实验;结果表明:所提方法具有参数自整定能力强且快速响应、鲁棒性强及稳定性好。     

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。     

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。     

锂离子电池电化学降阶模型性能对比

可靠而高效的锂离子电池模型是电池管理系统状态估计与故障诊断的基础.采用偏微分方程描述的准二维(P2D)机理模型的参数多,虽然模型准确性高,但计算费时,需降阶处理才能更好地应用在车载电池管理系统.为此,基于相同模型参数,建立锂离子电池的P2D模型及其降阶模型—单粒子模型(SPM)和集总粒子模型(LPM),对三种电化学机理...     

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。     

分数阶FitzHugh-Nagumo模型神经元的动力学特性及其同步

通过对分数阶FitzHugh-Nagumo模型神经元的研究,当外加电流强度作为分岔参数时,发现这种模型神经元从静息态到周期放电态所经历的Hopf分岔点不同于相应的整数阶模型神经元的分岔点;而且分数阶FitzHugh-Nagumo模型神经元呈现周期放电的外加电流强度的范围比相应的整数阶模型神经元的范围小,然而放电频率却比相应的整数阶模型神经元的放电频率高.同时还揭示在周期放电的情况下分数阶FitzHugh-Nagumo模型神经元之间的同步速率比相应的整数阶模型神经元之间的同步速率快.在数值模拟分数阶微分方程 关键词： 分数阶 Hopf分岔 FitzHugh-Nagumo模型 同步     

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.     

基于自适应模糊控制的分数阶混沌系统同步

本文主要研究了带有未知外界扰动的分数阶混沌系统的同步问题.基于分数阶Lyapunov稳定性理论,构造了分数阶的参数自适应规则以及模糊自适应同步控制器.在稳定性分析中主要使用了平方Lyapunov函数.该控制方法可以实现两分数阶混沌系统的同步,使得同步误差渐近趋于0.最后,数值仿真结果验证了本文方法的有效性.     

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.     

基于赛利斯模型和分数阶微分的兰姆波信号消噪

为降低噪声对超声兰姆波检测信号的影响,提高信噪比和增加特征提取的精度,提出了一种赛利斯模型下分数阶微分方法用于超声兰姆波信号去噪.该方法对含噪声的兰姆波信号幅值谱进行各阶分数微分,用赛利斯分布作为待处幅值谱的模型,提出了幅值谱分数阶微分最大值和过零点与微分阶数的拟合三次关系式,建立了幅值谱特征参数的计算式来提取特征参数和重建原始信号的幅值谱,并结合相位谱重构去噪后的兰姆波信号.仿真结果表明,该方法可以有效地提高兰姆波信号甚至微弱兰姆波信号的信噪比,同时降低均方误差和平滑度.实验结果显示,与小波去噪和集合经验模态去噪方法相比,该方法在没有信号先验知识的情况下,可以更有效地去除兰姆波信号的噪声,同时更好地保留主信号的细节特征.因此,本文提出的方法可以有效地去除兰姆波检测信号中混入的噪声.     

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     

近壁湍流的降阶模型及应用

由条带和流向涡的循环再生构成的近壁自维持过程(self-sustaining process, SSP)是壁湍流产生和维持的重要机制. 文章通过对最小槽道的直接数值模拟(direct numerical simulation, DNS)获得近壁自维持过程的流场数据, 采用正规正交分解法(proper orthogonal decomposition, POD)对该数据进行分析, 获得了不同流向和展向尺度的特征模态, 通过将Navier-Stokes方程在这些模态上进行投影, 得到近壁自维持过程的降阶模型, 并采用DNS数据对降阶模型的预测能力进行了评价. 该模型被初步应用于大涡模拟近壁模型的构造.      

基于分数阶流变模型的铁基块体非晶合金黏弹性行为研究

采用分数阶黏弹单元替代经典模型中的黏壶, 结合非晶合金在外加载荷作用下的微观结构演化, 建立了以分数阶微积分表示的非晶合金黏弹性本构模型. 并根据Hertz弹性理论及分数阶黏弹性本构模型, 推导了块体非晶合金在纳米压痕球形压头下的位移与载荷及时间关系式. 基于推导的解析式, 对铁基块体非晶合金在表观弹性区的纳米压痕位移与载荷及时间曲线进行了非线性拟合分析. 相较于整数阶模型, 分数阶模型不仅具有较高的拟合精度, 其拟合参数能敏锐地反应加载速率对块体非晶合金黏弹性行为的影响, 且参数的变化规律与载荷作用下非晶合金微观结构演化呈现出较强的相关性.     

风力机翼型气动计算的降阶模型研究

将基于POD的降阶模型应用于风力机翼型的气动研究。首先应用CFD数值模拟得到一系列快照结果;应用基于本征正交分解(POD)的方法得到流场的一组基模态,认为对于所研究的问题,任一流场可以由这些基模态通过线性表达得到;对控制方程进行Galerkin投影,得到降阶模型,将离散求解N-S方程的问题转化为一组只有十几个自由度的常微分方程,从而减少计算时间,提高计算效率。并对二维翼型的绕流的定常和非定常问题进行了分析,计算结果表明,降阶模型可以较好地捕捉流动的特征,与直接CFD模拟相比计算精度相当,但大幅有效地提高了计算效率。     

金属纤维烧结过程的分数阶模型

基于金属纤维烧结结点的几何模型,运用Caputo分数阶微分方程,建立时间分数阶表面扩散模型,使用有限差分法求数值解,实现金属纤维烧结过程的数值模拟.对不同的阶数进行模拟,得到0~1阶烧结过程数值结果及颈长变化规律;在阶数为0.9阶时,模拟初始夹角为0°、30°、60°、90°时的烧结过程.结果表明：阶数等于1时的结果与整数阶扩散模型一致;烧结的初始阶段,整数阶与分数阶模拟的颈半径迅速生长,随着烧结的进行,分数阶模拟的烧结颈长出现局部波动,最后以大于整数阶的增长速率增长;阶数固定时,初始夹角越小,增长速率越大.分数阶表面扩散模型比整数阶表面扩散模型能更好地描述纤维烧结过程中烧结结点的复杂变化.     

基于聚类分析的降阶模型在低渗透油藏数值模拟中的应用

基于全隐式法求解考虑低渗透油藏流动过程中启动压力梯度影响的二维油水两相流动数学模型;利用本征正交分解法从获取的快照中提取基函数,将原模型投影到基函数展成的低维子空间中构造相应的降阶模型;考虑到依据等时间间隔获取的快照的缺陷,利用CVT-Lloyd算法对快照进行聚类分析.实例计算表明:通过本征正交分解法构造降阶模型能很好地对原模型进行近似;通过基于聚类分析处理快照后,一方面减少数据冗余,生成空间分布更均匀的快照集合从而提高降阶模型的精度,另一方面过少的聚类数可能导致快照信息的缺失,影响最后模型的精度.