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。     

参数不确定统一混沌系统的鲁棒分数阶比例-微分控制

针对含参数不确定的整数阶统一混沌系统, 提出一种鲁棒分数阶比例-微分(PD^μ)控制. 通过变换将受控统一混沌系统转换成等效被控对象及其等效控制器. 针对等效被控对象, 基于一种改进Monje-Vinagre方法并考虑到求解性能约束方程组的复杂度, 设计了鲁棒PD^μ控制器. 通过基于最小相角边界传递函数和最大增益边界传递函数的设计约束来保证受控统一混沌系统对参数不确定性的鲁棒性能. 数值仿真验证了所提出方法的有效性.     

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.     

快速倾斜镜的建模与模型参考自适应控制技术研究

通过实验建模方法建立快速倾斜镜四阶模型,采用routh降阶方法将快速倾斜镜四阶模型降为二阶模型,数学仿真验证了简化模型较好的反映了原系统主要性能。提出的建模方法对快速倾斜镜的准确建模是简便、有效的,为现代控制理论的研究提供了数学基础。在建立二阶模型的基础上,设计了基于李亚普诺夫稳定理论的模型参考自适应控制器,并进行了全系统的计算机仿真。仿真结果表明,针对快速倾斜提出的基于李亚普诺夫稳定理论的模型参考自适应控制器能够减小系统稳态误差、提高系统响应速度。研究结果为倾斜镜的快速控制提供了一种新的思路。     

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     

基于不确定性变时滞分数阶超混沌系统的滑模自适应鲁棒的同步控制

针对一类含有不确定参数的时变时滞系统的同步控制问题,提出了一种滑模自适应鲁棒控制方法.基于Lyapunov稳定性理论和滑模自适应控制方法,设计出滑模自适应鲁棒控制器和参数自适应率.所设计的单一控制器适用于一类分数阶超混沌系统的同步性控制问题,它不仅具有较强的抗噪声能力而且对于时变时滞系统也具有良好的控制能力,因此该控制器具有较好的实用价值.此外,通过在系统的输入量中引入一个补偿量,用以消除系统中所存在的不确定性和外界扰动的影响,从而实现不确定性分数阶超混沌系统的同步,并且将系统的同步误差控制在任意小范围内.最后,对带有外界噪声扰动、系统参数不确定的时变时滞Chen分数阶超混沌系统进行了数值仿真,经过短暂的时间,响应系统与驱动系统同步,进而验证了所提出的控制方法的有效性.     

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.     

一类具有可变系数的混沌系统的同步

本文基于系统传递函数矩阵的严格正实性, 针对一类具有可变系数的混沌 (或超混沌) 系统的自同步与异结构同步问题提出了解决方法. 通过在响应系统中加入同步控制器, 并将待同步系统导出的误差系统中的非线性部分作为误差系统输入, 将误差状态变量作为误差系统输出, 使误差系统的传递函数矩阵成为严格正实的, 这样可使误差系统的原点是渐近稳定的, 即两系统达到稳定的混沌 (或超混沌) 同步. 所设计的同步控制器参数选取范围明确, 均为线性的, 且对于待同步系统的系数变化具有一定的鲁棒性. 文中给出了同步控制器的具体设计过程和同步结果, 并结合数值仿真验证了该方法的可行性与有效性. 关键词： 严格正实 可变系数 混沌同步