分数阶终端滑模控制器在DTC系统中的应用

针对SVPWM调制的永磁同步电机直接转矩控制系统磁链和转矩波动较大的问题,结合非奇异终端滑模和分数阶微积分理论的特点,设计了一种分数阶非奇异终端滑模控制器。结合直接转矩原理和分数阶微积分理论,对误差进行分数阶微分后与误差之和作为滑模面;根据非奇异终端滑模控制原理,在所设计分数阶滑模面的基础上确定了相应的控制律;利用李亚普诺夫定理证明了滑模面的稳定性和可达性。仿真结果表明,该策略能提高系统的动静态性能,可以进一步抑制磁链和转矩波动。     

分数阶PID控制器的设计及仿真北大核心

随着分数阶微积分理论的不断发展,PID控制器微积分算子的阶数已经从单纯的整数推向了分数,甚至是复数,所得到的分数阶PID控制器的控制效果也优于传统的PID控制器。基于分数阶微积分理论,采用Oustafod滤波器对分数阶微积分算子进行逼近,得出传递函数,再采用Simulink的子系统封装功能,设计出分数阶PID控制器。通过对控制对象的仿真表明,分数阶PID控制器的控制效果更佳。     

某同源平衡及定位电液伺服系统模糊分数阶PID控制

针对某同源平衡及定位电液伺服系统,设计了一种用于该系统的模糊分数阶PID控制器。使用模糊规则来调节分数阶PID的参数,提高了分数阶PID控制器的响应速度,增强了分数阶PID鲁棒性。模糊分数阶PID控制器能使系统很快进入稳定状态,比分数阶PID控制器表现出较好的控制性能。通过半实物仿真实验可知模糊分数阶PID控制器在响应速度、超调量及稳定误差等方面均优于分数阶PID控制器,且对外部负载扰动具有较好的鲁棒性。     

分数阶PID控制器的设计及仿真

随着分数阶微积分理论的不断发展,PID控制器微积分算子的阶数已经从单纯的整数推向了分数,甚至是复数,所得到的分数阶PID控制器的控制效果也优于传统的PID控制器。基于分数阶微积分理论,采用Oustafod滤波器对分数阶微积分算子进行逼近,得出传递函数,再采用Simulink的子系统封装功能,设计出分数阶PID控制器。通过对控制对象的仿真表明,分数阶PID控制器的控制效果更佳。     

永磁同步电机伺服系统的单神经元自适应分数阶PDμ控制

针对以永磁同步电机为执行机构的位置伺服系统,提出了一种单神经元自适应分数阶PDμ控制器。首先建立了永磁同步电机位置伺服系统的简化模型,然后利用神经元自适应及自学习的能力,将单神经元自适应算法与分数阶控制理论相结合,完成了单神经元自适应分数阶PDμ控制器,选择了3个单神经元分别对分数阶PDμ控制器的3个参数进行在线自适应整定,控制器的参数可以根据系统的偏差进行实时调整。仿真结果表明,本方法可使系统获得更好的跟踪特性、抗扰特性及鲁棒特性。     

PMSM位置伺服系统新型融合控制策略

针对PMSM位置伺服系统存在非线性、强耦合等特征,提出了一种基于分数阶PID和分数阶滑模控制的新型融合控制策略。通过检测位置误差、速度及负载转矩,归一化处理后带入构造的二次性能指标函数,根据其数值动态改变分数阶PID和分数阶滑模控制器输入到被控对象控制量的权重值大小,从而确保提出的新型融合控制策略具有快速跟踪和抗扰动能力。数值仿真实验结果表明:新型融合控制策略比分数阶PID和分数阶滑模控制拥有优良的动静态性能和较好的鲁棒性。     

基于ESO的随动负载模拟器控制策略

由于随动负载模拟器中存在着位置扰动、摩擦以及间隙等非线性影响因素,常见的线性控制方法难以得到较好的控制效果,故提出了基于扩展状态观测器的CMAC前馈分数阶滑模控制策略。利用系统可测量参数,借助于扩展状态观测器观测出非线性扰动;借用双幂次趋近律分数阶滑模控制器,消除参数不确定性带来的干扰,同时又能够降低滑模“抖动”的影响;并采用非线性量化的小脑模型关节控制器作为前馈控制,提高输出的快速性。通过仿真实验验证了该方法的可行性,有助于提高随动负载模拟器的响应速度和稳定性。     

基于FRFT窄带滤波的LFM信号研究

随着分数阶傅里叶变换域窄带滤波技术的不断应用与发展,对分数阶域窄带滤波带宽的研究将变得尤为重要。研究了分数阶傅里叶变换域窄带滤波带宽与滤波后信号之间的关系,并以信号的失真度为准则,分析了分数阶域窄带滤波带宽的临界值。理论分析和仿真结果表明:线性调频信号经过分数阶域窄带滤波后信号的相位没有发生改变,信号的幅度为辛克函数积分的形式。为保证LFM信号频率信息不丢失,分数阶域窄带滤波的带宽必须不小于LFM信号在分数阶域幅度谱的主瓣宽度。为分数阶域滤波带宽的选取提供了参考标准。     

基于分数阶S面模型的四旋翼轨迹跟踪控制

四旋翼无人机具有欠驱动、非线性、强耦合的特点。针对四旋翼无人机轨迹跟踪控制中跟踪精度低,抗外界干扰能力弱的特点,通过对四旋翼无人机进行四元数建模,使用误差四元数作为控制器输入,消除了无人机在机动角度过大时的奇点问题,提出了一种分数阶S面的控制方法,即将分数阶PID控制与S面控制融合,作为一个新的控制器。轨迹跟踪试验表明,分数阶S面控制器在四旋翼无人机控制模型中的累计误差明显小于分数阶PID,证明了该方法具有抗风扰能力强、跟踪精度高的特点。     

微粒群算法在二自由度PID控制器的优化设计中的应用

利用微粒群优化(PSO)算法对PI/PD控制器进行研究,PSO算法是一种进化算法,源于鸟类捕食行为的模拟,以工业过程中常见的对象模型进行了仿真实验,得到的仿真结果表明提出的方法可以获得满意的控制效果(如上升时间、稳定时间、超调量等),PSO算法为PI/PD控制器的设计提供了一条有效途径。     

基于改进ESO的交流伺服系统FOPID定位控制

针对高炮炮控交流伺服系统高精度定位控制存在的外界干扰及诸多非线性因素,提出了基于连续光滑函数fan()的改进扩张状态观测器(ESO),并将其应用于分数阶PID控制器,即CS-ESO-FOPID。该控制器将所有外界干扰因素作为"总干扰"获取干扰实时量,并通过改进扩张状态观测器实现非线性因素的实时动态补偿。数字仿真证明,CS-ESO观测优于传统ESO观测,CS-ESO-FOPID的动态控制精度及对外部扰动的鲁棒性均优于FOPID控制,避免了基于传统ESO的分数阶PID易出现的高频颤振现象,从而验证了该控制策略的可行性和有效性。     

基于非线性扩张状态观测器的直线电机PD控制

为了解决直线电机伺服系统跟踪速度与峰化现象之间的矛盾,设计一种基于非线性扩张状态观测器的比例微分(Proportion Differentiation,PD)控制器。将直线电机伺服系统中的未建模动态和外界干扰定义为总和扰动并扩充为系统新的状态变量,利用非线性扩张状态观测器(Non Linear Extended State Observer,NLESO)估计不可测量的直线电机动子速度以及总和扰动。利用NLESO和跟踪微分器TD的输出,基于动态补偿线性化思想设计了引入补偿量的PD控制器,并给出了闭环控制系统稳定性证明。在Googol公司的实验平台上,通过与两种基于LESO的PD控制器对比,验证了所设计的基于NLESO的PD控制器的可行性。实验结果表明,基于NLESO的PD控制器可使直线电机伺服系统具有跟踪速度快、跟踪精度高、峰化现象小、鲁棒性强的优点。     

分数阶Fourier变换的多相码雷达信号分离算法

利用多相码雷达信号在某个分数阶域内呈现多个间隔相等的冲击这一特性,提出了一种基于分数阶Fourier变换的多相码雷达信号分离算法,首先将混合信号以特定的旋转角作分数阶Fourier变换,然后通过窄带通滤波器抽取多相码雷达信号,去除大量噪声和其他干扰信号,最后再经过分数阶Fourier反变换,恢复出时域的多相码雷达信号。理论分析和仿真实验表明,该算法计算量小,分离效果好,可实现较低信噪比下的多相码雷达信号分离。     

泵控马达系统恒转速控制器设计与FPGA实现

在行车取力发电系统中,由变量泵-定量马达组成的变转速泵控马达系统的输出转速存在非线性波动现象,保证变转速泵控马达系统的输出转速恒定是行车取力发电系统的关键技术指标之一。为减小非线性波动的影响并实现系统的恒转速输出,提出了一种参数基于转速偏差和偏差变化率的指数函数的非线性PID控制算法,在建立变量泵恒流量数学模型得到流量方程后,利用FPGA完成了此算法的硬件实现,并采用"FPGA+SOPC架构"设计了泵控马达的恒转速输出控制系统。通过分析实验数据得出,该系统在输入转速时变,负载突变的情况下,其定量马达的输出转速波动量最大为60 r/min,超调量小于3.5%,调节时间最大为2 s,性能达到了国家III类发电要求。     

基于模糊PID算法的泵控马达系统恒转速控制

行车取力发电技术的核心问题是实现变转速泵控马达系统输出转速恒定。由于泵控马达系统输出转速存在线性波动现象,为实现其恒转速控制,提出一种权重系数是简单函数的模糊PID控制算法。通过分析含权重系数的模糊PID控制器解析结构,推导出其解析表达式。利用FPGA设计该控制器,并搭建泵控马达调速系统实验平台。对系统输出转速波动进行仿真分析,归纳出系统输出转速波动规律。实验表明在输入转速时变和系统负载突变情况下,系统输出转速波动量最大为80 r/min,超调量小于3.5%,调节时间最大为2 s,达到了国家Ⅲ类发电要求。     

伺服系统直流调速系统的改进型内模PD-I控制方法

为提高直流调速系统的控制性能,提出了一种改进型内模PD-I控制器的设计方法。根据直流电机的运行原理,建立了电机输出转速与输入电压变化率之间的数学模型,基于内模控制(Internal Model Control,IMC)原理和Taylor级数展开,设计了一种内模PD控制器,且可通过选择系统的截止频率实现控制器参数的整定。为了获得系统调节所需的控制作用,可将内模PD控制器与积分环节相串联构成改进型内模PD-I控制器,仿真和实验结果表明本方法可使系统获得更好的控制性能。     

一种低信噪比下的LFM脉冲信号起始频率校正方法

采用分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)实现LFM脉冲信号检测与参数估计时,针对处理数据与LFM脉冲信号起始点不一致时,LFM脉冲信号起始频率存在一定偏差问题.依据分数阶傅里叶变换中信号能量峰固有特性,提出一种适用于低信噪比条件下的LFM脉冲信号起始频率校正方法.该方法首先通过FRFT变换和chirp相乘对数据进行变换处理,消除LFM脉冲信号中调频斜率;然后对变换后结果进行滑动、累积处理,得到一组能量峰数据;最后通过搜索该组能量峰拐点实现对LFM脉冲信号起始点检测,并利用检测起始点对LFM脉冲信号起始频率实现校正.数值仿真结果表明,该方法在事先无法获取处理数据中LFM脉冲信号起始点情况时,可有效校正分数阶傅里叶变换对LFM脉冲信号起始频率估计存在的偏差.     

基于MATD的高超声速飞行器反演控制

针对高超声速飞行器弹性体模型,提出了一种基于改进的反正切跟踪微分器(MATD)的鲁棒反演控制器。将控制系统分为高度和速度子系统,采用反演方法设计虚拟控制量和实际控制量。引入MATD对高阶系统虚拟控制量求导,避免了传统反演方法"微分膨胀"的问题。基于MATD设计干扰观测器,对模型不确定项进行精确估计,增强了控制器的鲁棒性。最后,通过实例仿真验证,该控制器对速度和高度指令具有很好的跟踪效果,且具有较强的鲁棒性。     

基于FOISMC+ESO的PMSM调速系统控制策略研究

针对永磁同步电机炮控系统存在时变、非线性、强耦合等特征,结合分数阶微积分及滑模变结构理论,提出了一种新型分数阶积分滑模控制策略。为解决传统趋近律收敛时间过长和滑模控制的抖振等问题,提出了一种具有快速收敛的新型双幂次趋近律,并给出了收敛时间证明。鉴于炮控系统负载变化大且扰动无法正确测量的问题,结合扩张状态观测器理论,设计了一种基于扩张观测器的扰动补偿方法,将扰动观测量以前馈的形式引入控制器以提高控制系统的鲁棒性。数值仿真实验结果表明了该控制策略的有效性。     

一种改进的多相码信号参数估计法

目前,对由频率导出的一类多相码脉压雷达信号(Frank码和P1 ～ P4码)进行参数估计是电子对抗侦察技术中的难点之一.针对此问题,提出一种基于改进的分数阶傅里叶变换(FrFT)的多相码信号参数估计方法.该法利用积分二次相位函数将FrFT的二维搜索转换为2次一维搜索,较大减少了计算量.仿真表明,该法能在较小的计算量下达到与RWT和RAT法相当的估计精度.